Een multidisciplinair team van UC-onderzoekers is de eerste die een innovatieve en nieuwe manier heeft gevonden om de spinoriëntatie van een elektron met puur elektrische middelen te regelen.

Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het prestigieuze, spraakmakend tijdschrift " Natuur Nanotechnologie , " in een artikel getiteld "All-Electric Quantum Point Contact Spin-Polarizer."

Al decenia, de transistors in radio's, televisies en andere alledaagse elektronische items hebben gegevens verzonden door de beweging van de lading van een elektron te regelen. Wetenschappers hebben sindsdien ontdekt dat transistors die functioneren door de spin van een elektron te regelen in plaats van de lading ervan, minder energie zouden verbruiken. genereren minder warmte en werken op hogere snelheden. Dit heeft geresulteerd in een nieuw onderzoeksgebied - spin-elektronica of spintronica - dat een van de meest veelbelovende paradigma's biedt voor de ontwikkeling van nieuwe apparaten voor gebruik in het post-CMOS-tijdperk (complementaire metaaloxide-halfgeleider).

Tot nu, wetenschappers hebben geprobeerd spintransistors te ontwikkelen door lokale ferromagneten in apparaatarchitecturen op te nemen. Dit resulteert in aanzienlijke ontwerpcomplexiteiten, vooral gezien de stijgende vraag naar steeds kleinere transistoren, " zegt Philippe Debray, onderzoeksprofessor bij de afdeling Natuurkunde van het McMicken College of Arts &Sciences. "Een veel betere en praktische manier om de oriëntatie van de spin van een elektron te manipuleren zou zijn door puur elektrische middelen te gebruiken, zoals het in- en uitschakelen van een elektrische spanning. Dit wordt spintronica zonder ferromagnetisme of volledig elektrische spintronica, de heilige graal van halfgeleiderspintronica."

Het team van onderzoekers onder leiding van Debray en professor Marc Cahay (afdeling Electrical and Computer Engineering) is de eerste die een innovatieve en nieuwe manier heeft gevonden om de spinoriëntatie van een elektron te regelen met puur elektrische middelen.

"We gebruikten een kwantumpuntcontact - een korte kwantumdraad - gemaakt van het halfgeleiderindiumarsenide om sterk spin-gepolariseerde stroom te genereren door de potentiële opsluiting van de draad af te stemmen door voorspanningsspanningen van de poorten die het creëren, ' zegt Debray.

In het diagram links, (Links) Scanning-elektronenmicrofoto van het kwantumpuntcontact illustreert schematisch niet-gepolariseerde (spin-up en spin-down) elektronen die links invallen en uit het apparaat spin-gepolariseerd met spin-up komen. (Rechts) Ruimtelijke verdeling van spinpolarisatie in de contactvernauwing van het kwantumpunt.

Debray gaat door, "De belangrijkste voorwaarde voor het succes van het experiment is dat de potentiële opsluiting van de draad asymmetrisch moet zijn - de transversale tegenovergestelde randen van het kwantumpuntcontact moeten asymmetrisch zijn. Dit werd bereikt door de poortspanningen af ​​te stemmen. Door deze asymmetrie kunnen de elektronen - dankzij relativistische effecten - om via spin-baankoppeling met hun omgeving te interageren en gepolariseerd te worden. De koppeling veroorzaakt de spinpolarisatie en de Coulomb-elektron-elektron-interactie verbetert deze."

Het elektronisch regelen van spin heeft grote implicaties voor de toekomstige ontwikkeling van spin-apparaten. Het werk van het team van Debray is de eerste stap. De volgende experimentele stap zou zijn om dezelfde resultaten te bereiken bij een hogere temperatuur met een ander materiaal zoals galliumarsenide.

Bron:Universiteit van Cincinnati (nieuws:web)