Tehokas venttiili elektronien spineille

Spin-venttiilin kuva: Nanojohdon molemmat kvanttipisteet (katkoviivaiset ellipsit) on viritetty nanomagneeteilla (ruskeat palkit) siten, että ne sallivat vain "ylöspäin" suuntautuneiden elektronien kulkemisen. Jos jonkun magneettien suunta muuttuu, virran virtaus tukahdutetaan

Viime vuosina tutkijat ympäri maailmaa ovat etsineet tapaa valmistaa nano- ja kvanttielektroniikkalaitteille hyödyllisten spinventtiilin.

Baselin yliopiston tutkijat ovat yhteistyössä Pisan kollegoiden kanssa kehittäneet uuden konseptin, joka käyttää elektronin spiniä sähkövirran kytkemiseen. Perustutkimuksen lisäksi tällaiset spin-venttiilit ovat myös spintroniikan avaintekijöitä - eräänlainen elektroniikka, joka hyödyntää spiniä elektronien varauksen sijasta.

Toteutuksessa tutkijat muodostivat nanojohtoon kaksi peräkkäistä kvanttipistettä ja generoivat niiden magneettikenttiä nanomagneetteja käyttäen.

Ulkoisen kentän avulla he kykenevät hallitsemaan nanomagneetteja erikseen ja voivat siten määrittää, salliiko kvanttipiste elektronien kulkeutumisen ylöspäin (ylös) tai alaspäin (alas) suunnatulla spinillä. Kun kaksi kvanttipistettä on kytketty sarjaan, virta kulkee vain, jos molemmat on asetettu "ylös" tai molemmat "alas". Ihannetapauksessa mitään virtaa ei virtaa, jos ne on suunnattu vastakkaisiin suuntiin.

Arunav Bordoloi, tutkimusjulkaisun ensimmäinen kirjoittaja havaitsi, että tämä menetelmä tuotti spin-polarisaation lähellä teoreettista maksimia. "Tällä tekniikalla voimme valita, sallitaanko yhden elektronin tietyssä spin-tilassa päästä kvanttijärjestelmään vai poistua siitä - hyötysuhteella, joka on paljon suurempi kuin tavanomaisissa spinventtiileissä", hän sanoo.

Tutkijafyysikot pystyivät nyt myös osoittamaan, että magneettikentät sijaitsevat tietyissä paikoissa nanojohdossa. "Tämän tekniikan pitäisi siksi antaa meille mahdollisuuden tutkia uusien ilmiöiden spin-ominaisuuksia, jotka ovat tyypillisesti liian herkkiä magneettikentille, kuten uusia tiloja erityisten suprajohteiden päissä", kommentoi tutkimuksen valvoja Andreas Baumgartner.

Tämän uuden spintroniikan lähestymistavan pitäisi nyt mahdollistaa spin-korrelaatioiden ja spin-lomittumisien suorat mittaukset ja valaista uutta valoa monille vanhoille ja uusille fyysisille ilmiöille. Jatkossa konsepti voisi jopa osoittautua hyödylliseksi pyrittäessä käyttämään elektronin spinejä pienimpänä kubitteina (kvanttibitti) kvanttitietokoneessa.

Aiheesta aiemmin:

Kaksiulotteisia spin transistoreita ja muuntimia

Uudenlainen spintransistori

Spin-transistori askeleen lähempänä