Natuurkundigen hebben een gefabriceerde techniek gemaakt voor spintronische apparaten. Deze hoogwaardige, apparaten met een laag vermogen hebben een veelbelovende toekomst, dus efficiënte manieren om ze te maken zijn zeer gewild. De nieuwe fabricagemethode maakt gebruik van organische moleculen die voor veel doeleinden relatief eenvoudig te configureren zijn. Lagen moleculen kunnen op metalen worden geverfd of afgedrukt om nieuwe elektronische functies te creëren.

Spintronic-apparaten kunnen op een dag de huidige elektronische apparaten vervangen. Terwijl elektronische apparaten afhankelijk zijn van een stroom van lading in de vorm van bewegende elektronen, spintronische apparaten maken gebruik van een andere eigenschap van elektronen die bekend staat als spin. Dit is gerelateerd aan het impulsmoment van het elektron, en de stroom van spin wordt een spinstroom genoemd.

Er zijn verschillende uitdagingen bij het realiseren van bruikbare spintronische apparaten. Hiertoe behoren het induceren van een spinstroom, en vervolgens spintronische componenten te doordrenken met nuttige functies, zoals de mogelijkheid om gegevens te bewaren voor gebruik als snel geheugen. Onderzoeksmedewerker Hironari Isshiki en zijn team van het Instituut voor Solid State Physics van de Universiteit van Tokyo hebben een nieuwe en elegante manier gevonden om beide complexe uitdagingen aan te gaan.

"We hebben met succes een efficiënte omzetting van spinstroom in laadstroom aangetoond in een kopermonster dankzij een eenvoudige laag 'verf'. Deze laag is slechts één molecuul dik, en bevat een organische stof, " zei Isshiki. "De conversie-efficiëntie van het apparaat is vergelijkbaar met dat van apparaten gemaakt met anorganische metalen materialen zoals platina of bismut. Echter, in vergelijking met de anorganische materialen, organische materialen zijn veel gemakkelijker te manipuleren om verschillende functionaliteit te produceren."

Deze organische laag is gemaakt van een stof genaamd lood(II)ftalocyanine. Een spinstroom die wordt geïnjecteerd in het oppervlak dat door het molecuul wordt bedekt, wordt efficiënt omgezet in een bekende laadstroom. De onderzoekers experimenteerden met lagen van verschillende dikte om te zien welke het meest effectief zou zijn. Toen de laag een enkele molecuul dik was, de moleculen zijn uitgelijnd in een geordende opstelling die de meest efficiënte spin-naar-ladingsstroomconversie opleverde.

"Vooral organische moleculen bieden spintronische onderzoekers een hoge mate van ontwerpvrijheid omdat ze relatief eenvoudig zijn om mee te werken. Het soort functionele componenten dat we hopen te zien, zijn dingen die nuttig kunnen zijn op het gebied van high-performance computing of in low- stroom apparaten, ", legt Isshiki uit. "De ongelooflijk dunne lagen die nodig zijn, betekenen ook dat we op een dag flexibele apparaten kunnen maken of zelfs apparaten die je zou kunnen maken met een speciaal soort printer."

De volgende stappen voor Isshiki en collega's zijn het verkennen van andere configuraties van organische lagen op geleidende materialen om nieuwe spinfunctionaliteiten te realiseren. Ze willen ook de omzetting van lading in spinstroom onderzoeken, het omgekeerde proces als in deze demonstratie. Dit onderzoeksgebied heeft tot doel de studie van spintronica met organische moleculen sterk te versnellen.