Atominohut eriste kuljettaa spinejä

Muutamasta atomista koostuva välikerros auttaa parantamaan spinvirtojen siirtymistä materiaalista toiseen. Tähän asti tämä prosessi on aiheuttaa merkittäviä tappioita

(19.5.2022) Martin Lutherin yliopiston Halle-Wittenbergin (MLU), Max Planck Instituten (MPI) mikrorakennefysiikan ja Freie Universität Berlinin tiimi raportoi tiedelehdessä "ACS Nano Letters" kuinka spintroniikan häviöitä voidaan välttää.

Näin ollen tutkijat osoittavat tärkeitä uusia oivalluksia monille spintroniikkasovelluksille, esimerkiksi tulevaisuuden energiatehokkaille ja erittäin nopeille tallennustekniikoille.

Elektronien varauksien siirron sijaan spintroniikka voisi tarjota energiaa säästävän vaihtoehdon. Perusideana on hyödyntää spiniä informaation käsittelyssä. Spin on elektronien sisäinen kulmamomentti, joka luo magneettisen momentin. Tämä synnyttää magnetismin, jota lopulta käytetään tietojenkäsittelyyn.

Spintroniikassa spinvirtoja on myös siirrettävä materiaalista toiseen. "Monissa tapauksissa spin-kuljetus rajapintojen välillä on erittäin häviöllinen prosessi", selittää tutkimusta johtanut fyysikko professori Georg Woltersdorf MLU:sta.

Ryhmä etsi tapaa lieventää näitä häviöitä käyttämällä lähestymistapaa, joka aluksi kuulostaa melko ristiriitaiselta: he integroivat eristävän esteen näiden kahden materiaalin väliin. "Suunnittelimme eristeen atomitasolla siten, että se muuttui metalliksi ja pystyi johtamaan spinvirtoja. Tämän ansiosta pystyimme merkittävästi parantamaan spinin kulkua ja optimoimaan rajapinnan ominaisuuksia", Woltersdorf tiivistää prosessin.

Materiaalinäytteet valmistettiin Max Planck Institute for Microstructure Physicsissä. Odottamaton vaikutus havaittiin MLU:ssa ja Berliinin Freie Universität -yliopistossa suoritetuilla spin-kuljetusmittauksilla.

Ryhmä tarjoaa myös teoreettisen perustan uudelle löydölle. Woltersdorfin mukaan tätä voidaan kuvata suhteellisen yksinkertaisilla malleilla ilman spin-kiertorata-kytkentää.

Tulokset ovat erittäin tärkeitä monille spintronisille sovelluksille. Niitä voidaan esimerkiksi käyttää parantamaan spintronisia terahertsisäteilijöitä. Terahertsisäteilyä ei sovelleta pelkästään tutkimuksessa, vaan myös suurtaajuuselektroniikassa, lääketieteessä, materiaalitestauksessa ja viestintätekniikassa.

Aiheesta aiemmin:

Tehokkaampaa spinien hyödyntämistä

Grafeeni ja2D-materiaalit voisivat ohittaa Mooren lain

Kaksiulotteisia spin transistoreita ja muuntimia