Naarmate onze apparaten kleiner, sneller, energiezuiniger worden en grotere hoeveelheden gegevens kunnen bevatten, kan spintronica dat traject voortzetten. Waar elektronica is gebaseerd op de stroom van elektronen, is spintronica gebaseerd op de spin van elektronen.

Een elektron heeft een spin-vrijheidsgraad, wat betekent dat het niet alleen een lading vasthoudt, maar ook als een magneetje werkt. In spintronica is het een belangrijke taak om een ​​elektrisch veld te gebruiken om de elektronenspin te regelen en de noordpool van de magneet in een bepaalde richting te draaien.

De spintronische veldeffecttransistor maakt gebruik van het zogenaamde Rashba- of Dresselhaus-spin-orbit-koppelingseffect, wat suggereert dat men elektronenspin kan regelen door een elektrisch veld. Hoewel de methode veelbelovend is voor efficiënt en snel computergebruik, moeten bepaalde uitdagingen worden overwonnen voordat de technologie zijn ware, miniatuur maar krachtige en milieuvriendelijke potentieel bereikt.

Al tientallen jaren proberen wetenschappers elektrische velden te gebruiken om spin bij kamertemperatuur te regelen, maar het bereiken van effectieve controle was ongrijpbaar. In recent gepubliceerd onderzoek in Nature Photonics , heeft een onderzoeksteam onder leiding van Jian Shi en Ravishankar Sundararaman van het Rensselaer Polytechnic Institute en Yuan Ping van de University of California in Santa Cruz een stap voorwaarts gezet bij het oplossen van het dilemma.

"Je wilt dat het magnetische veld van Rashba of Dresselhaus groot is om het elektron snel te laten draaien", zegt Dr. Shi, universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek. "Als het zwak is, verloopt de elektronspin langzaam en zou het te veel tijd kosten om de spintransistor aan of uit te zetten. Vaak leidt een groter intern magnetisch veld, indien niet goed gerangschikt, tot een slechte controle van de elektronenspin."

Het team toonde aan dat een ferro-elektrisch van der Waals gelaagd perovskietkristal met unieke kristalsymmetrie en sterke spin-baankoppeling een veelbelovend modelmateriaal was om de Rashba-Dresselhaus-spinfysica bij kamertemperatuur te begrijpen. De niet-vluchtige en herconfigureerbare spin-gerelateerde opto-elektronische eigenschappen bij kamertemperatuur kunnen een inspiratiebron zijn voor de ontwikkeling van belangrijke ontwerpprincipes voor het mogelijk maken van een spin-veldeffecttransistor bij kamertemperatuur.

Simulaties onthulden dat dit materiaal bijzonder opwindend was, volgens Dr. Sundararaman, universitair hoofddocent materiaalwetenschap en techniek. "Het interne magnetische veld is tegelijkertijd groot en perfect verdeeld in een enkele richting, waardoor de spins voorspelbaar en in perfect overleg kunnen roteren", zei hij. "Dit is een belangrijke vereiste om spins te gebruiken voor het betrouwbaar verzenden van informatie."

"Het is een stap voorwaarts in de richting van de praktische realisatie van een spintronische transistor," zei Dr. Shi. + Verder verkennen

Als licht en elektronen samen ronddraaien