Om de efficiëntie van microchips te verhogen, Er wordt nu onderzoek gedaan naar 3D-structuren. Echter, spintronische componenten, die afhankelijk zijn van elektronenspin in plaats van lading, zijn altijd vlak. Om te onderzoeken hoe deze te verbinden met 3D-elektronica, Natuurkundige dr. Kumar Sourav Das van de Rijksuniversiteit Groningen creëerde gekromde spintransportkanalen. Samen met zijn collega's hij ontdekte dat deze nieuwe geometrie het mogelijk maakt om ladings- en spinstromen onafhankelijk af te stemmen. De resultaten werden online gepubliceerd door het tijdschrift Nano-letters op 13 september 2019.

Das begon met twee hoofdvragen:hoe de spinstroom af te stemmen met behulp van geometrie, en hoe spintransport te creëren in een 3D nanostructuur. Elektronenspin is een kwantummechanische eigenschap, een magnetisch moment dat kan worden gebruikt om informatie over te dragen of op te slaan. Spin wordt al gebruikt in geheugenopslag, en kan ook worden gebruikt in logische circuits.

Gebogen architectuur

"Tot dusver, de meeste spintronische apparaten zijn gebaseerd op een platte structuur. We wilden weten hoe de spinstromen zich gedragen in een gekromd kanaal, ", zegt Das. Het gebruik van siliciumoxidesubstraten met sleuven gecreëerd door een ionenstraal, ontworpen aan de HZDR in Dresden door Dr. Denys Makarov, Das kweekte aluminium nanokanalen die de loopgraven doorkruisten. In deze gebogen architectuur, de dikte van het aluminium varieert op nanoschaaldimensies, korter is dan de spin-relaxatielengte.

Das gebruikte sleuven van verschillende afmetingen en mat zowel spinweerstand als laadstromen. "Wat we ontdekten is dat variaties in de grootte van de greppel de spin en het ladingstransport in het kanaal anders beïnvloeden, Das legt uit. "Daardoor waren we in staat om zowel spin- als laadstromen onafhankelijk af te stemmen op basis van de kanaalgeometrie."

Nieuwe functionaliteiten

Zijn collega Dr. Carmine Ortix van de Universiteit Utrecht creëerde een theoretisch model om dit fenomeen te beschrijven. "Onze theorie toont duidelijk aan dat het mogelijk is om de spin- en laadkarakteristieken onafhankelijk af te stemmen met alleen de vorm van de materialen. Deze mogelijkheid overwint de bestaande technologische hindernissen voor de toepasbaarheid van spintronica in moderne elektronica, " zegt Dr. Ortix. "Het uitbreiden van laagdimensionale structuren naar de driedimensionale ruimte kan de middelen bieden om conventionele functionaliteiten te wijzigen of zelfs volledig nieuwe functionaliteiten te lanceren door de vorm van echte materialen op de juiste manier aan te passen."

"Deze ontdekking is belangrijk omdat het ons in staat stelt spintronische componenten af ​​te stemmen op zowel de spinstroom als de laadstroom van elektronische circuits, ", zegt Das. "Het maakt de efficiënte integratie van spin-injectoren en -detectoren of spin-transistors in moderne 3D-schakelingen mogelijk." Dit zou kunnen helpen om meer energie-efficiënte elektronica te creëren, aangezien spintronica een aantrekkelijke manier is om apparaten met een laag vermogen te maken. "En we kunnen ons model nu gebruiken om kanalen doelgericht te ontwerpen."