Ang isang teknolohiyang tagumpay ay nagbibigay-daan para sa praktikal na semiconductor spintronics

Isang pang-eksperimentong pag-setup na katulad ng ginagamit ng mga mananaliksik. May-akda: Thor Balhead

Sa hinaharap, maaaring posible na gumamit ng teknolohiya ng impormasyon, kung saan ginagamit ang mga spin electron upang maproseso ang impormasyon sa mga computer na kabuuan. Sa loob ng mahabang panahon, ang layunin ng mga siyentista ay ang gumamit ng teknolohiya ng kabuuan ng impormasyon batay sa pag-ikot sa temperatura ng kuwarto. Ngayon ang mga mananaliksik mula sa Sweden, Finland at Japan ay nagdisenyo ng isang bahagi ng semiconductor kung saan ang impormasyon ay maaaring mahusay na ipinagpalit sa pagitan ng electron spin at light sa temperatura ng kuwarto at pataas.

Alam na alam na ang mga electron ay may negatibong singil at mayroon silang ibang pag-aari, katulad ng pagikot. Ang huli ay maaaring magbigay ng kontribusyon sa pag-unlad ng teknolohiya ng impormasyon. Sa madaling salita, naiisip natin kung paano umiikot ang isang electron sa sarili nitong axis, tulad ng pag-ikot ng Earth sa sarili nitong axis. Ang Spintronics – isang nangangakong kandidato para sa teknolohiya ng impormasyon sa hinaharap – ay gumagamit ng kabuuan na pag-aari ng mga electron upang mag-imbak, magproseso at magpadala ng impormasyon. Nagdudulot ito ng mahahalagang benepisyo tulad ng mas mataas na bilis at mas mababang paggamit ng kuryente kaysa sa tradisyunal na electronics.

Weimin Chen

Si Weimin Chen, isang propesor sa Linköping University. May-akda: Peter Modin / LiU

Ang mga pagsulong sa spintronics sa mga nakaraang dekada ay batay sa paggamit ng mga metal, at napakahalaga nito para sa kakayahang mag-imbak ng maraming data. Gayunpaman, ang paggamit ng semiconductor-based spintronics ay maaaring magkaroon ng maraming mga pakinabang, tulad din ng semiconductors na bumubuo ng batayan ng modernong electronics at photonics.

“Ang isa sa mga mahahalagang benepisyo ng spintronics na nakabatay sa semiconductor ay ang kakayahang i-convert ang impormasyong kinakatawan ng estado ng pagikot, at ilipat ito sa ilaw, at kabaliktaran. Ang teknolohiya ay kilala bilang opto-spintronics. Isasama nito ang pagproseso at pag-iimbak ng impormasyong batay sa iikot sa paghahatid ng impormasyon sa pamamagitan ng ilaw, “sabi ni Weimin Chen, isang propesor sa Linköping University sa Sweden na namuno sa proyekto.

Dahil ang electronics na ginagamit ngayon ay tumatakbo sa temperatura ng kuwarto at mas mataas, isang pangunahing problema sa pag-unlad ng spintronics ay ang mga electron ay may posibilidad na lumipat at sapalarang idirekta ang kanilang direksyon sa pagikot habang tumataas ang temperatura. Nangangahulugan ito na ang impormasyong naka-encode ng mga estado ng spin electron ay nawala o naging hindi sigurado. Sa gayon, isang paunang kinakailangan para sa pagpapaunlad ng semiconductor spintronics na maaari nating mai-orient ang lahat ng mga electron sa parehong estado ng pagikot at panatilihin ito, sa madaling salita, sila ay nai-polarised na spinar sa temperatura ng kuwarto at sa mas mataas na temperatura. Nakamit ng mga nakaraang pag-aaral ang pinakamataas na spiral polariseysyon ng mga electron sa temperatura na halos 60% sa temperatura ng kuwarto, na hindi malalakas sa malalaking praktikal na aplikasyon.

Ang mga mananaliksik sa University of Linköping, University of Tampere at Hokkaido University Nakamit ngayon ang spin polariseysyon ng mga electron sa temperatura ng kuwarto ng higit sa 90%. Ang spin polariseysyon ay nananatiling mataas kahit hanggang sa 110 ° C. Ang teknolohikal na pagsulong na ito, na inilalarawan sa Ang likas na katangian ng photonics, batay sa isang opto-spintron nanostructure na itinayo ng mga mananaliksik mula sa mga layer ng iba’t ibang mga materyales na semiconductor (tingnan ang paglalarawan sa ibaba). Naglalaman ito ng mga rehiyon ng nanoscale na tinatawag na mga tuldok na pang-kabuuan. Ang bawat tuldok ng kabuuan ay halos 10,000 beses na mas maliit kaysa sa kapal ng isang buhok ng tao.

Nantostructure ng mga opto-sprintronic dami ng mga tuldok

Ang mga tuldok na Quantum sa opto-spintron nanostructures ay gawa sa indium arsenide (InAs). Ang bawat tuldok ng kabuuan ay halos 10,000 beses na mas maliit kaysa sa kapal ng isang buhok ng tao. May-akda: Yuqing Huang

Kapag ang isang spin polarized electron ay tumama sa isang dami ng tuldok, naglalabas ito ng ilaw – o sa halip, naglalabas ng isang poton na may isang estado (angular momentum) na tinutukoy ng pagikot ng electron. Kaya, ang mga tuldok na kabuuan ay isinasaalang-alang ang isang mahusay na potensyal bilang isang interface para sa paghahatid ng impormasyon sa pagitan ng pag-ikot ng mga electron at ilaw na kakailanganin sa spintronics, photonics at computing ng kabuuan. Sa isang kamakailang nai-publish na pag-aaral, ipinapakita ng mga siyentista na posible na gumamit ng isang katabi na filter ng paikutin upang makontrol ang pag-ikot ng mga electrum na tuldok na electron mula sa malayo at sa temperatura ng kuwarto.

Ang mga tuldok na kabuuan ay gawa sa indium arsenide (InAs), at ang gallium nitrogen arsenide layer (GaNAs) ay gumaganap bilang isang spin filter. Ang isang layer ng gallium arsenide (GaAs) ay na-sandwich sa pagitan nila. Ginagamit na ang mga katulad na istruktura sa teknolohiyang optoelectronic batay sa gallium arsenide, at naniniwala ang mga mananaliksik na maaari itong mapadali ang pagsasama ng spintronics sa mga umiiral na mga sangkap na elektronik at photonic.

“Kami ay lubos na nasiyahan na ang aming maraming mga taon ng pagsisikap upang madagdagan ang kaalaman na kinakailangan upang gumawa ng kinokontrol na semiconductors na naglalaman ng N tukuyin ang isang bagong hangganan sa spintronics. Sa ngayon, nagkaroon kami ng isang mahusay na antas ng tagumpay sa paggamit ng mga naturang materyales para sa mga optoelectronic device, na pinakahuli sa mga solar panel na may mahusay na kahusayan at mga diode ng laser. Inaasahan namin ngayon na ipagpatuloy ang gawaing ito at pagsasama-sama ng mga photonics at spintronics gamit ang isang pangkaraniwang platform para sa mga teknolohiya ng kabuuan batay sa ilaw at pag-ikot, “sabi ni Propesor Mircea Guina, pinuno ng pangkat ng pananaliksik sa Unibersidad ng Tampere sa Pinland.


Ano ang spintronics?

Spintronics ito ay isang teknolohiya na gumagamit ng parehong singil at paikot na mga electron upang maproseso at makapagpadala ng impormasyon.

Ang pag-ikot ng isang electron ay maaaring maiisip na maganap kapag ang isang electron ay umiikot sa paligid ng axis nito pakaliwa o pabaliktad tulad ng pag-ikot ng Earth sa axis nito. Ang dalawang direksyon ng pag-ikot ay tinatawag na “pataas” at “pababa”. Sa elektronikong teknolohiyang ginamit ngayon, ang singil ng elektron ay ginagamit upang ipakita ang 0 at 1 at sa gayon ay nagdadala ng impormasyon. Alinsunod dito, ang impormasyon ay maaaring kumatawan sa spintronics gamit ang spin state ng mga electron.

Paglalarawan ng Opto-Spintronic nanostructure

Sa opto-spintron nanostructure, ang antas ng polarasyong elektron na higit sa 90% ay nakakamit sa temperatura ng kuwarto sa dami ng tuldok sa pamamagitan ng remote filtration ng pagikot na may mga depekto sa pamamagitan ng katabing layer ng gallium nitrogen arsenide (GaNAs). Kapag ang naturang spin ng polarized electron ay nagsasama muli, naglalabas ito ng chiral light. Tinutukoy ng kalagayan ng pagikot ng isang electron kung ang patlang ng electromagnetic ng ilaw ay umiikot pakanan pakanan o pabaliktad sa paligid ng direksyon ng paggalaw. May-akda: Yuqing Huang

Sa mundo ng physum na kabuuan, ang isang elektron ay maaaring magtaglay ng parehong direksyon ng pagikot nang sabay-sabay (at sa gayon ay nasa isang estado na pinaghalong 1 at 0). Ito ay tiyak na lubos na hindi maiisip sa tradisyonal, “klasikal” na mundo at ang susi sa computing ng kabuuan. Samakatuwid ang Spintronics ay nangangako para sa pagpapaunlad ng mga computer na kabuuan.

Opto-spintronics nagsasangkot ng paglipat ng impormasyon, na kinakatawan ng umiikot na estado ng mga electron, sa ilaw, at kabaliktaran. Ang ilaw, mga photon, ay maaaring makapagpadala ng impormasyon sa pamamagitan ng mga optikal na hibla nang napakabilis at sa mahabang distansya. Tinutukoy ng kalagayan ng pagikot ng isang electron ang mga katangian ng ilaw, at mas tumpak, tinutukoy nito kung ang electromagnetic na patlang ng ilaw ay umiikot pakanan o pabaliktad sa paligid ng direksyon ng paggalaw, sa katulad na paraan na ang isang corkscrew ay maaaring magkaroon ng isang direksyon pakanan o pabalik na direksyon. .

Pinagmulan: Weimin Chen, propesor sa Linköping University


Sanggunian: “Ang polariseytasyon ng temperatura ng electron spin sa temperatura ng kuwarto ay lumampas sa 90% sa opto-spintron semiconductor nanostructure ng remote filtration ng spin” Yucin Huang, Vile Palojarvi, Satoshi Hura, Pontus Hoer, Arto Aho, Riku Imoha Iao Sato, Junichi Takayama, Akihira Murayama , Irina A. Buyanova at Weimin M. Chen, Abril 8, 2021, Ang likas na katangian ng photonics.
DOI: 10.1038 / s41566-021-00786-u

Ang suportang pampinansyal para sa pag-aaral ay ibinigay ng, bukod sa iba pang mga katawan, ang Sweden Research Council, ang Sweden Foundation para sa Internasyonal na Pakikipagtulungan sa Pananaliksik at Mas Mataas na Edukasyon (STINT), ang Pamahalaang Sweden para sa Mga Strategic Materyal na Pananaliksik sa Mga Na-link na Materyal sa Unibersidad, ang European Research Council ERC , ang Academy Japanese Society para sa Promosyon ng Agham.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.