(Phys.org)—In 2011 de onderzoeksgroep van Roland Wiesendanger, Natuurkundehoogleraar aan de Universiteit van Hamburg in Duitsland, een op spin gebaseerd logisch apparaat gefabriceerd met behulp van de spins van enkele atomen, een prestatie die de ultieme grenzen van miniaturisatie vertegenwoordigt. In deze kleine apparaten, alle atomen moeten nauwkeurig worden gepositioneerd, zodat hun spin-informatie van het ene atoom naar het andere kan worden overgedragen.

Het probleem is dat de atomen niet erg lang op hun aangewezen positie willen blijven. Zelfs de kleinste hoeveelheid warmte kan de zwakke magnetische koppeling tussen een atoom en substraat overwinnen, waardoor het atoom op zijn plaats blijft. Als resultaat, het op spin gebaseerde logische apparaat werkt alleen bij temperaturen onder 0,3 K, nauwelijks boven het absolute nulpunt.

Nu in een nieuw artikel gepubliceerd in Nano-letters , Het team van Wiesendanger heeft op spin gebaseerde logische apparaten gedemonstreerd die zijn gemaakt van moleculen in plaats van atomen. De moleculen worden op hun plaats gehouden door superexchange magnetische koppeling, die veel sterker is dan een zwakke magnetische koppeling. De sterkere interacties vertalen zich in een orde van grootte hogere bedrijfstemperatuur, tot 6 K. De moleculaire spinapparaten, die bijna net zo klein zijn als de atomaire versie, hebben een veel hogere stabiliteit en bieden nog steeds dezelfde potentiële voordelen van snelle werking en een laag stroomverbruik die spintronica-apparaten zo aantrekkelijk maken.

"We hebben nu alle bouwstukken aan de oppervlakte om apparaten te maken van moleculaire bouwstenen, " hoofdauteur Maciej Bazarnik, een natuurkundige aan de Universiteit van Hamburg en aan de Poznan University of Technology in Polen, vertelde Phys.org .

In het algemeen, op spin gebaseerde apparaten werken door de spins van elektronen te regelen, net zoals conventionele elektronische apparaten de elektronenlading regelen. Vergelijkbaar met hoe lading als negatief of positief wordt beschouwd, spin wordt beschouwd als omhoog of omlaag. Door een magnetisch veld aan te leggen, onderzoekers kunnen een overmaat aan spin-up of spin-down elektronen genereren, het creëren van een netto spinpolarisatie en het produceren van een magnetische spinstroom.

Om een ​​all-spin logisch apparaat te bouwen, de uitdaging is dat de atomen en moleculen zo moeten worden gerangschikt dat ze als draden werken, kruispunten, en andere bouwstenen voor het verzenden van de gemakkelijk verstoorde spin-informatie van de ene plaats naar de andere.

In de nieuwe studie de onderzoekers bouwden deze componenten uit coördinatieverbindingen, dat zijn magnetische moleculen die bestaan ​​uit een centraal metaalatoom (hier kobalt) gekoppeld aan omringende groepen atomen. Deze groepen zijn zorgvuldig gekozen om sterke magnetische interacties te bereiken tussen de spindragende metaalatomen van aangrenzende verbindingen, waardoor de spin-informatie kan worden overgedragen.

De onderzoekers ontwikkelden ook de chemische structuur om een ​​ander probleem te verlichten waarmee spin-apparaten op atomaire schaal worden geconfronteerd:door de spin-informatie directer tussen knooppunten te transporteren, ze kunnen ongewenste interferentie met naburige apparaten aanzienlijk verminderen.

Met hun grotere stabiliteit, de moleculaire spin-logica-apparaten vertegenwoordigen een stap in de richting van het maken van zeer kleine spin-apparaten bij hogere temperaturen, die nodig is om toekomstige toepassingen te realiseren.

"We onderzoeken verschillende magnetische centra in onze moleculen om sterkere magnetische koppelingen te bereiken en de bedrijfstemperatuur nog hoger te verhogen, "Bazarnik zei. "Omdat all-spin-apparaten uiteindelijk klein zijn, het gebruik ervan in toekomstige nano-elektronica zou gunstig zijn. Ze werken op een spin-vrijheidsgraad en daarom is er geen stroom van [elektrische] stroom nodig om de informatie te verzenden. Er is dus geen verwarming en een zeer laag stroomverbruik."

© 2016 Fys.org