Spin-filtering zou de sleutel kunnen zijn tot snellere, energiezuiniger schakelen in toekomstige spintronic-technologie, waardoor spin kan worden gedetecteerd met elektrische in plaats van magnetische middelen.

Een UNSW-paper dat vorige maand werd gepubliceerd, demonstreert spindetectie met behulp van een spinfilter om de spinoriëntatie te scheiden op basis van hun energieën.

Ultrasnel, ultra-lage energie 'spintronic'-apparaten zijn een opwindende, buiten-CMOS-technologie.

Spin detecteren via elektrische middelen in toekomstige spintronica

Het opkomende veld van spintronische apparaten maakt gebruik van de extra vrijheidsgraad die wordt geboden door de kwantumspin van deeltjes, naast zijn lading, waardoor ultrasnelle, ultra-lage energie berekening.

De sleutel is het vermogen om spin te genereren en te detecteren terwijl het zich ophoopt op het oppervlak van een materiaal.

Het doel van onderzoekers is om via elektrische middelen spin op te wekken en te detecteren, in plaats van magnetische middelen, omdat elektrische velden energetisch veel minder kostbaar zijn om te genereren dan magnetische velden.

Energiezuinige spintronica is afhankelijk van zowel opwekking als detectie van spin via elektrische middelen.

In sterk spin-baan gekoppelde halfgeleidersystemen, volledig elektrische opwekking van spin is al met succes aangetoond.

Echter, detectie van spin-naar-lading conversie heeft altijd een groot aantal magnetische velden nodig gehad, waardoor de snelheid en bruikbaarheid worden beperkt.

In deze nieuwe studie UNSW-onderzoekers hebben gebruik gemaakt van de niet-lineaire interacties tussen spinaccumulatie en laadstromen in gallium-arsenide-gaten, demonstreert volledig elektrische spin-naar-lading conversie zonder de noodzaak van een magnetisch veld.

"Onze techniek belooft nieuwe mogelijkheden voor snelle spindetectie in een grote verscheidenheid aan materialen, zonder gebruik te maken van een magnetisch veld, " legt hoofdauteur Dr. Elizabeth Marcellina uit.

Eerder, generatie en detectie van spinaccumulatie in halfgeleiders is bereikt door optische methoden, of via het spin Hall-effect-inverse spin Hall-effectpaar.

Echter, deze methoden vereisen een grote spindiffusielengte, wat betekent dat ze niet toepasbaar zijn op sterk spin-baan gekoppelde materialen met korte spin-diffusielengte.

Volledig elektrische spinfiltering

De UNSW-studie introduceert een nieuwe methode voor het detecteren van spinaccumulatie - met behulp van een spinfilter, die verschillende spin-oriëntaties scheidt op basis van hun energieën.

Typisch, spinfilters vertrouwden op de toepassing van grote magnetische velden, wat onpraktisch is en de spinaccumulatie kan verstoren.

In plaats daarvan, het UNSW-team maakte gebruik van niet-lineaire interacties tussen spinaccumulatie en lading, die de omzetting van spinaccumulatie in laadstromen vergemakkelijken, zelfs bij een magnetisch veld van nul.

"Met behulp van ballistische, mesoscopische gallium-arsenide gaten als modelsysteem voor sterk spin-baan gekoppelde materialen, we hebben niet-lineaire spin-naar-lading-conversie aangetoond die volledig elektrisch is en geen magnetisch veld vereist, " zegt corresponderende auteur A/Prof Dimi Culcer (UNSW).

"We hebben aangetoond dat niet-lineaire spin-naar-lading-conversie volledig consistent is met de gegevens verkregen uit lineaire responsmetingen en orden van grootte sneller is, " zegt corresponderend auteur Prof Alex Hamilton, ook bij U.S.W.

Omdat de niet-lineaire methode geen magnetisch veld of een lange spindiffusielengte nodig heeft, het belooft nieuwe mogelijkheden voor snelle detectie van spinaccumulatie in sterk spin-baangekoppelde materialen met korte spindiffusielengtes, zoals TMDC's en topologische materialen.

Eindelijk, de snelheid van niet-lineaire spin-naar-lading conversie kan een in de tijd opgeloste uitlezing van spinaccumulatie mogelijk maken tot een resolutie van 1 nanoseconde.