Tiimi ohjaa elektronin spiniä ballistisesti grafeenissa

Manchesterin yliopiston kansallisen grafeeni-instituutin tutkijat ovat osoittaneet, että erittäin puhtaassa grafeenissa olevia elektroneja voidaan ohjata suurella tarkkuudella säilyttäen samalla niiden spin-informaatio ehjänä, mikä on keskeinen vaatimus tulevaisuuden pienen tehonkäytön elektroniikalle ja kvanttilaitteille.

Tutkimusryhmä osoittaa, kuinka elektronit voivat kulkea ballistisesti eli ilman sirontaa tai resistanssia mikrometrin matkoja grafeenissa alhaisessa lämpötilassa ja säilyttää spin-koherenssin aina huoneenlämpötilaan asti.

Käyttämällä poikittaista magneettista fokusointia (TMF) he pystyivät taivuttamaan elektronien ratoja kuten linssin läpi kulkevia valonsäteitä ja osoittamaan, että nämä kaarevat polut kantavat selkeää spinin ilmiötä.

Tutkimuksen toinen kirjoittaja, tohtori Daniel Burrow, sanoi: "Jännittävää tässä on se, että voimme muokata elektronien kulkua grafeenissa ja samalla säätää niiden spinien käyttäytymistä. Se on vähän kuin linssien ja peilien käyttöä, mutta spinpolarisoiduille elektroneille. Tämä avaa käytännöllisen tavan hallita spiniä ilman voimakasta ja perinteisempää spin-kiertoratavuorovaikutusta materiaalissa."

Tiimin grafeenirakenne käyttää ferromagneettisia kobolttikontakteja spinpolarisoitujen elektronien injektoimiseen ja havaitsemiseen kapseloidun grafeenikanavan reunalla. Pientä tasosta poikkeavaa magneettikenttää käyttäen, elektronien reitit kaareutuvat syklotroniradoiksi. Jos nämä radat ovat oikean kokoisia, ne laskeutuvat suoraan ilmaisinkontaktille tuottaen selkeitä signaalipiikkejä tietyissä magneettikentissä.

Saavutetut tulokset osoittavat reitin kohti kaksiulotteisten spintronisten piirirakenteiden toteuttamista ilman perinteistä vahvan spin-orbit-kytkennän vaatimusta.

Työmme luo alustan tulevaisuuden kvanttiteknologioiden ja energiatehokkaan elektroniikan edellyttämän spin-koherenssin saavuttamiseksi, toteavat tutkijat julkaisunsa johtopäätöksissä.

Aiheesta aiemmin:

Elektronispinien suuntaamisesta ja spin-aaltojen säätämisestä

Huonelämpötilainen spintransistori

Tehokas venttiili elektronien spineille