Annons
Annons
Annons
Annons
Annons
© Creative Commons Nanopelare Elektronikproduktion | 05 oktober 2018

Elektroners spinn kan skapa framtida informationsteknologi

Forskare frÄn Linköpings universitet och Kungliga Tekniska Högskolan har tagit fram ett nytt koncept för en komponent som effektivt kan överföra information som bÀrs av elektroners spinn till ljus i rumstemperatur, det framkommer av ett pressmeddelande.
PÄ ett liknande sÀtt som hur jordklotet snurrar runt sin egen axel kan elektroners spinn liknas vid att de roterar medurs eller moturs runt sin axel. Riktningen pÄ rotationen kallas uppspinn respektive nerspinn. I spinntronik (elektronik som utnyttjar bÄde elektronens spinn och dess laddning) kan dessa bÄda tillstÄnd representera 0 och 1 och pÄ sÄ sÀtt bÀra information, pÄ motsvarande sÀtt som elektronladdningen bÀr information i dagens elektronik.

Informationen som kodas med elektronernas spinntillstĂ„nd kan i princip omvandlas till ljus av en ljuskĂ€lla, sĂ„ att informationen kan skickas över lĂ„nga avstĂ„nd i exempelvis optiska fiber. Möjligheten att pĂ„ sĂ„ sĂ€tt överföra kvantinformation öppnar upp för framtida informationsteknologi som anvĂ€nder bĂ„de elektronspinn och ljus, och interaktionen mellan dem, sĂ„ kallad ”opto-spinntronik”.

Informationsöverföringen i opto-spinntronik bygger pÄ principen att elektronens spinntillstÄnd, alltsÄ uppspinn eller nerspinn, avgör egenskaperna hos ljuset som avges. Forskarna vill anvÀnda cirkulÀrt polariserat ljus, i vilket det elektromagnetiska fÀltet roterar antingen medurs eller moturs runt ljusets fÀrdriktning. Riktningen pÄ ljusets elektriska fÀlt avgörs av elektronens spinn. Men det finns en hake.

– Det största problemet Ă€r att elektroner lĂ€tt vĂ€xlar spinn vid högre temperaturer. En viktig aspekt för framtida tillĂ€mpningar av opto-spinntronik Ă€r att effektiv överföring av kvantinformation behöver kunna ske i rumstemperatur, men vid rumstemperatur Ă€r elektronernas spinn nĂ€stan slumpmĂ€ssigt riktad. Det innebĂ€r att informationen som kodats med elektronernas spinn förloras eller blir alltför otydlig för att kunna omvandlas pĂ„ ett tillförlitligt sĂ€tt till distinkt cirkulĂ€rt polariserat ljus, sĂ€ger Weimin Chen vid Institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM.

Nu har forskare vid Linköpings universitet och Kungliga Tekniska Högskolan designat en effektiv grÀnsyta mellan spinn och ljus.

– GrĂ€nsytan bevarar, och till och med förstĂ€rker, elektronernas spinnsignal vid rumstemperatur. Dessutom kan den omvandla dessa spinnsignaler till motsvarande signaler av cirkulĂ€rt polariserat ljus som fĂ€rdas i en önskad riktning, sĂ€ger Weimin Chen.

Den viktigaste delen i komponenten Àr extremt smÄ skivor av galliumkvÀvearsenid, GaNAs. Skivorna Àr bara ett par nanometer höga och staplade pÄ varandra med ett tunt lager galliumarsenid (GaAs) mellan sig, sÄ att de bildar skorstensformade nanopelare. Som en jÀmförelse Àr diametern pÄ ett hÄrstrÄ ungefÀr tusen gÄnger större Àn nanopelaren.

Den föreslagna komponentens unika förmĂ„ga att förstĂ€rka spinnsignaler beror pĂ„ minimala defekter som forskarna har introducerat i materialet. FĂ€rre Ă€n en per en miljon galliumatomer förskjuts frĂ„n sina bestĂ€mda platser i materialets kristallstruktur. Defekterna som dĂ„ uppstĂ„r i materialet fungerar som effektiva spinnfilter som kan filtrera bort elektroner med ”fel” spinntillstĂ„nd och bevara dem som har den önskade spinnriktningen.

– En viktig fördel med nanopelardesignen Ă€r att ljuset enkelt kan ledas och kopplas in och ut mer effektivt, sĂ€ger Shula Chen, artikelns huvudförfattare.

Forskningen har finansierats med stöd av VetenskapsrÄdet, regeringens strategiska satsning pÄ avancerade funktionella material (AFM) vid Linköpings universitet, och Energimyndigheten.
Annons
Annons
Annons
Annons
Visa fler nyheter
2018-12-13 09:52 V11.10.13-1