Sähköistä spinin ohjausta

Spinsuodatus voi olla avain nopeampaan, energiatehokkaampaan vaihtokytkentää tulevassa spintronic-tekniikassa, joissa spin havaitaan sähköisillä eikä energiaa tuhlaavilla magneettisilla tavoilla.

Viime kuussa julkaistu UNSW:n tutkimusartikkeli osoittaa spinin havaitsemisen käyttämällä spinien suodatinta spinien orientaation erottamiseksi energioidensa mukaan.

Energiatehokas spintroniikka riippuu sekä spinin generoinnista että spinin havaitsemisesta sähköisin keinoin.

Vahvasti spin-orbit kytketty puolijohde täysin sähköisellä spinin generoinnilla on jo onnistuneesti demonstroitu. Kuitenkin, spinistä-varaukseen havaitsemiseen on aina tarvittu suuri magneettikenttä, mikä rajoittaa nopeutta ja käytännöllisyyttä.

Uusimmassa työssään UNSW:n ja yhteistyökumppanien tutkijat ovat hyödyntäneet spinien kertymän ja varausvirtausten välisiä epälineaarisia vuorovaikutuksia gallium-arsenidi-aukoissa, mikä osoittaa täysin sähköisen spin-to-charge-muunnoksen ilman magneettikenttää.

"Tekniikkamme lupaa uusia mahdollisuuksia nopeaan spinin havaitsemiseen monenlaisissa materiaaleissa käyttämättä magneettikenttää", kertoo tohtori Elizabeth Marcellina.

UNSW-tutkimuksessa otettiin käyttöön uusi menetelmä spin-kertymän havaitsemiseksi. Tohtori Fabrizio Nichele IBM:n tutkimuksesta Zürichistä ehdotti, että ryhmä voisi hyödyntää energiasta riippuvaa tunnelointia toteuttaakseen spinien kertymisen epälineaarisen muunnoksen varausvirroiksi jopa nollamagneetisella kentällä.

"Osoitimme, että epälineaarinen spin-to-charge-muunnos on täysin yhdenmukainen lineaaristen vastemittausten tulosten kanssa ja on suuruusluokkaa nopeampi", toteaa vastaava kirjoittaja, professori Alex Hamilton, (UNSW).

Koska epälineaarinen menetelmä ei tarvitse magneettikenttää eikä pitkää spinien diffuusiopituutta, se lupaa uusia mahdollisuuksia havaita spinien kertyminen nopeasti vahvoissa spin-kiertorata kytketyissä materiaaleissa, joilla on lyhyt spinien diffuusiopituus, kuten TMDC:t ja topologiset materiaalit.

Lisäksi epälineaarisen spin-to-charge-muunnoksen nopeus voi mahdollistaa spin-kertymisen lukemisen yhden nanosekunnin resoluutiolla.

Aiheesta aiemmin:

Spin- ja varausvirran hallintaa

Spintroniikkaa ja topologiaa