Kohti analogista spintroniikkaa

Grafeeni (vaaleanvihreä), boorinitridin (sininen) päällä. Mittauspisteet on merkitty oranssilla.

Spinin kuljetus 2D-hiilimateriaaligrafeenissa onnistuu hyvin mutta spinien manipulointi ei kuitenkaan ole helppoa. Se edellyttää ferromagneetteja tai raskasatomisia materiaaleja, joilla on vahva spin/orbit -kytkentä ja siten mahdollistavat spinien manipuloinnin.

Groningenin yliopiston tutkijat ovat nyt osoittaneet, että epälineaariset vaikutukset, jotka ovat erityisiä elektronien spinille, voidaan saavuttaa käyttämällä 2D-boorinitridiä.

Jo aikaisemmin he ovat osoittaneet, että virran injektoiminen boorinitridikaksoiskerroksen läpi, johon kohdistettiin pieni DC-esijännitevirta, johti erittäin suureen spinpolarisaatioon, mikä tarkoittaa, että spin-up- ja spin-down -elektroneilla on erittäin suuri ero. Nyt he ovat osoittaneet, että polarisaation kasvu johtuu elektronin spineihin vaikuttavista epälineaarisista prosesseista.

"Tämä saavutetaan sen epälineaarisen vaikutuksen vuoksi, joka kasvaa suhteessa esivirtaan", sanoo tutkijatohtori Siddhartha Omar Groningenin yliopistosta.

Tutkimuksessa Omar ja hänen kollegansa osoittavat epälineaarisen vaikutuksen sovelluksia analogisissa perusoperaatioissa, kuten puhtaiden spinsignaalien amplitudimodulaation peruselementeissä. "Uskomme, että tätä voidaan käyttää spinien kuljettamiseen suuremmilla etäisyyksillä. Suurempi spinsignaali tekee myös spin/varaus muunnoksesta helpompaa ja se tarkoittaa, että emme enää tarvitse ferromagneetteja niiden havaitsemiseksi."

Kyky moduloida spinsignaalia pelkän päälle- tai poiskytkennän sijaan, helpottaa myös spintronisten laitteiden rakentamista. Omar: "Niitä voidaan käyttää spin-pohjaiseen neuromorfiseen laskentaan, joka käyttää kytkimiä, joilla voi olla useampia arvoja, kuin vain 0 tai 1."

Myös spinvirran vahvistin vaikuttaa mahdolliselta, sen tuottaessa suuren spinvirran pienellä esijännitteellä. "Se voi jo olla siellä, mutta meidän on vielä todistettava se", sanoo Omar.

"Spintronics on nyt siinä vaiheessa, missä tavallinen elektroniikka oli kun ensimmäisiä transistoreita otettiin käyttöön. Voisimme nyt rakentaa todellisia spintronisia laitteita'', Omar päättelee.

Aiheesta aiemmin:

Grafeeni ja 2D-materiaalit voisivat ohittaa Mooren lain

Kaksiulotteisia spin transistoreita ja muuntimia

Tekoälyä spintroniikalla