Spintronica is een opkomend veld waarin de spin van elektronen, in plaats van de aanklacht, wordt gebruikt om gegevens te verwerken. Helaas, het draaien duurt maar heel kort, waardoor het moeilijk te exploiteren in elektronica. Onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft, samenwerking met het AMOLF-instituut van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek, hebben nu een manier gevonden om spin-informatie bij kamertemperatuur om te zetten in een voorspelbaar lichtsignaal. De ontdekking brengt de werelden van spintronica en nanofotonica dichter bij elkaar en kan leiden tot de ontwikkeling van een energiezuinige manier van dataverwerking, in datacentra, bijvoorbeeld. De onderzoekers hebben verslag gedaan van hun resultaten in Wetenschap .

Het onderzoek betrof een nanoconstructie bestaande uit twee componenten:een extreem dunne zilverdraad, en een 2D-materiaal genaamd wolfraamdisulfide. De onderzoekers bevestigden de zilverdraad aan een plakje wolfraamdisulfide van slechts vier atomen dik. Door circulair gepolariseerd licht te gebruiken, ze creëerden zogenaamde 'excitons' met een specifieke draairichting. De richting van die spin kon worden geïnitialiseerd met behulp van de draairichting van het laserlicht.

Originele staat

Excitonen zijn eigenlijk elektronen die uit hun baan zijn teruggekaatst. Met deze techniek, de laserstraal zorgt ervoor dat de elektronen in een bredere baan rond een positief geladen gat worden gelanceerd, op vrijwel dezelfde manier als een waterstofatoom. De aldus gecreëerde excitonen willen terugkeren naar hun oorspronkelijke staat. Bij hun terugkeer naar de kleinere baan, ze zenden energie uit in de vorm van licht. Dit lampje bevat de spin-informatie, maar wordt in alle richtingen uitgezonden.

Om de spin-informatie te gebruiken, de Delftse onderzoekers kwamen terug op een eerdere ontdekking. Ze hadden aangetoond dat wanneer licht langs een nanodraad beweegt, het gaat gepaard met een roterend elektromagnetisch veld heel dicht bij de draad:het draait met de klok mee aan één kant van de draad, en tegen de klok in aan de andere kant. Wanneer het licht in de tegenovergestelde richting beweegt, de draairichtingen veranderen, te. Dus de lokale draairichting van het elektromagnetische veld is één op één vergrendeld in de richting waarin het licht langs de draad reist. "We gebruiken dit fenomeen als een soort slotcombinatie, " legt Kuipers uit. "Een exciton met een bepaalde draairichting kan alleen licht uitstralen langs de draad als de twee draairichtingen overeenkomen."

Opto-elektronische schakelaars

Er wordt een directe link gelegd tussen de spin-informatie en de voortplantingsrichting van het licht langs de nanodraad. Het werkt bijna perfect:de spin-informatie wordt in 90 procent van de gevallen in de goede richting langs de draad 'gelanceerd'. Op deze manier, fragiele spin-informatie kan zorgvuldig worden omgezet in een lichtsignaal en over veel grotere afstanden worden getransporteerd. Dankzij deze techniek, die werkt bij kamertemperatuur, je kunt gemakkelijk nieuwe opto-elektronische circuits maken. Kuipers:"Je hebt geen stroom elektronen nodig, en er komt geen warmte vrij. Dit maakt het een zeer energiezuinige manier om informatie over te dragen."

De ontdekking maakt de weg vrij om de werelden van spintronica en nanofotonica te combineren. Kuipers:"Deze combinatie kan wel eens leiden tot groene informatieverwerkingsstrategieën op nanoschaal."

In een afzonderlijke studie gepubliceerd in hetzelfde nummer van Wetenschap vandaag, ook andere onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft hebben een manier gevonden om spin-informatie over te dragen naar fotonen.