Spin- ja varausvirran hallintaa

17.10.2019

Groningen-kaarevat-nanokanavat-280-t.jpgPyyhkäisyelektronimikroskoopin kuva rakenteesta jolla saavutetaan puhtaan spinvirran kuljetus jota voidaan hallita muuttamalla nanokanavan 3D-geometriaa.

Spintroniset laitteet, jotka toimivat puhtailla spinvirroilla, edustavat uutta paradigmaa nanoelektroniikassa koska niiden energiatehokkuus vähäisine häviöineen on parempi verrattuna varausvirroilla toimiviin.

Tekniikka on kuitenkin käyttökelpoinen vain, jos nanokanavassa kehittyneen spinvirran määrää voidaan säätää tarpeen mukaan ja samalla tuottaa sähköinen yhteensopivuus muiden piirielementtien kanssa.

Mikrosirujen tehokkuuden lisäämiseksi nyt tutkitaan 3D-rakenteita. Spintroniset komponentit ovat kuitenkin aina tasaisen litteitä.

Yhdessä eurooppalaisten kollegoiden kanssa Groningenin yliopiston fyysikko Kumar Sourav Das on kehittänyt spintroniikan yhdistämisen 3D-elektroniikkaan luomalla kaarevia spinien kuljetuskanavia. Heidän kehittämänsä uusi geometria antaa mahdollisuuden virittää varausten ja spinien virtauksia itsenäisesti.

Tutkijoiden lähtökohta oli: kuinka virittää spinvirta geometrian avulla ja miten luoda spinkuljetus 3D-nanorakenteeseen. Elektronin spin on kvanttimekaaninen ominaisuus, magneettinen momentti, jota voidaan käyttää informaation siirtämiseen tai tallentamiseen. Spiniä on jo käytetty muistitallennuksessa ja sitä voidaan käyttää myös logiikkapiireissä.

”Toistaiseksi suurin osa spintroniikan rakenteista on perustunut tasaiseen rakenteeseen. Halusimme selvittää kuinka spin-virrat käyttäytyvät kaarevassa kanavassa”, Das kertoo.

Tutkijat työstivät ionisäteen avulla piidioksidisubstraattille kaivantoja ja kasvattivat niiden yli alumiiniset nanokanavat. Näin syntyneessä kaarevassa arkkitehtuurissa alumiinin paksuus vaihtelee nanomittojen skaaloissa, jotka ovat lyhyempiä kuin spinin relaksaatiopituus.

Erikokoisia kaivantoja luomalla ja sekä spinin resistanssin että varausvirtoja mittailemalla tutkijat havaitsivat, että kaivannon koon vaihtelut vaikuttavat spinin ja varauksen kuljetukseen kanavalla eri tavoilla. He siis pystyivät virittämään toisistaan riippumatta sekä spin- että varausvirtoja kanavan geometrian perusteella.

Tämä kyky mahdollistaa rakenne-elementin suunnittelun siten, että spinresistanssi sovitetaan spinpohjaiseen piiriin, esimerkiksi tehokkaaseen spininjektioon ja samanaikaisesti varausresistanssi sovittaa esimerkiksi varauspohjaiseen piiriin, esimerkiksi tehokkaaseen tehonsiirtoon.

"Tämä löytö on tärkeä, koska sen avulla voimme virittää spintroniset komponentit kohtaamaan sekä elektronisten piirien spinvirtaa että varausvirtaa", Das toteaa. "Se mahdollistaa spin-injektorien ja ilmaisimien tai spin-transistorien tehokkaan integroinnin moderniin 3D-piiriin."

Aiheesta aiemmin:

Kaksiulotteisia spin transistoreita ja muuntimia

Kytkin spinvirralle

Perusteita spintroniikalle

13.11.2019Uudenlaisia fotonisia nestekiteitä
12.11.2019Onnistumisia orgaanisissa
11.11.2019Kohti älykkäitä mikrorobotteja
09.11.2019Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus
08.11.2019Jäähdytystekniikkaa 3D-elektroniikalle vaikka avaruuteen
07.11.2019Uusia tiloja grafeenin taikakulmassa
06.11.2019Kohti antiferromagneettisia muisteja
05.11.2019Muuntaa 2D-tasot pehmeiksi ja joustaviksi 3D-rakenteiksi
04.11.2019Tarkempia kiderakenteita ja proteiineja aurinkokennoihin
01.11.2019Kvanttiakussa ei synny häviöitä

Siirry arkistoon »