Spintroniikka lähemmäksi käytäntöä

Spintroniikan, elektroniikan jossa varausten sijaan käytetään spinejä, toteuttaminen on osoittautunut haastavaksi.

University of Chicagon Institute for Molecular Engineering (IME) instituutin tutkijat ovat tehneet ratkaisevan askeleen kohti spintroniikan teknologioita. He ovat saaneet piiatomien ytimien spinejä linjattua johdonmukaisella ja hallittavalla tavalla ja tehneet sen käyttämällä materiaalia, joka on käytännöllinen, kätevä ja edullinen.

"Meidän tulokset voivat johtaa uusiin teknologioihin, kuten ultra-herkkään magneettikuvaukseen, ydinteknisiin gyroskooppehin ja jopa tietokoneisiin, jotka hyödyntävät kvanttimekaniikan ilmiöitä toiminnassaan", toteaa tutkimusraportin kirjoittaja Abram Falk.

Falk ja hänen kolleega David Awschalom IME:n tutkimusryhmästä keksivät uuden tekniikan, joka käyttää infrapunavaloa yhdenmukaistamaan spinien polarisaatioita. Ja he tekivät sen käyttäen piikarbidia (SiC), joka on jo teollisuudelle tuttu puolijohde.

Ydinspinit ovat yleensä satunnaisesti suuntautuneita. Saada ne hallittavissa olevaan malliin on yleensä monimutkainen homma ja onnistuu vain osittain.

Syynä on, että jokaisen ytimen magneettinen momentti on noin tuhat kertaa pienempi kuin elektronin. Siten pienetkin atomien tai elektronien ympärillä olevat lämpöpotkut voivat helposti muuttaa ydinspinien suuntia.

Uuden tekniikan avulla tutkijat linjasivat yli 99 prosenttia tiettyjen ytimien spineistä piikarbidilla (SiC) ja tekniikka toimii huoneenlämmössä. Ytimien jäähdytykseen tutkimusryhmä käyttää valoa, joten hankalia jäähdytysjärjestelmiä ei tarvita.

Vaikka ytimet eivät itse ole vuorovaikutuksessa valon kanssa, tietyt puutteet tai "väri-keskukset," SiC-kiteessä ovat. Elektronien spinit näissä värikeskuksissa voidaan helposti optisesti jäähdyttää ja suunnata ja siirtää suuntaus läheisiin ytimiin.

Kun saadaan spinit yhdenmukaistettua huonelämpöisessä piikarbidissa se tuo käytännön spintroniset laitteet merkittävä askeleen lähemmäksi, toteaa professori Awschalom yliopistonsa tiedotteessa.