Framtidens informationsteknik kommer sannolikt att använda elektronspinn - snarare än elektronladdning - för att bära information. Men först, forskare måste bättre förstå hur man styr spinn och lära sig att bygga spinnekvivalenten för elektroniska komponenter, från spinntransistorer, att snurra grindar och kretsar.

Nu, Harvard University forskare har utvecklat en teknik för att kontrollera och mäta spinnspänning, känd som spin -kemisk potential. Tekniken, som använder defekter i atomstorlek i diamanter för att mäta kemisk potential, är i huvudsak en nanoskala spinnmultimeter som tillåter mätningar i enheter i chipskala.

Forskningen publiceras i Vetenskap .

"Det finns ett växande intresse för isolerande material som kan leda centrifugering, "sade Amir Yacoby, Professor i fysik vid Institutionen för fysik och tillämpad fysik vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences och seniorförfattare till uppsatsen. "Vårt arbete utvecklar ett nytt sätt att se på dessa snurr i material som magneter."

Vid ledning av material, elektroner kan bära information genom att flytta från punkt A till punkt B. Detta är en elektrisk ström. Snurra, å andra sidan, kan föröka sig genom isolerande material i vågor - varje elektron står stilla och kommunicerar spinn till sin kopplade granne, som ett kvantspel telefon.

För att driva dessa vågor från punkt A till punkt B, forskarna behövde utveckla en teknik för att öka spinnkemisk potential - spinnspänning - på lokal nivå.

"Om du har en hög kemisk potential på plats A och en låg kemisk potential på plats B, spinnvågor börjar sprida sig från A till B, "sa Chunhui Du, en postdoktor vid Institutionen för fysik och medförfattare till tidningen. "Detta är ett mycket viktigt koncept inom spintronics, för om du kan styra spinnvågstransport, då kan du använda dessa snurrvågor istället för elektrisk ström som informationsbärare. "

Forskarna använde två spin-wave-injektionsmetoder:i den första de applicerade snabboscillerande, mikrovågsmagnetfält för att väcka spinnvågor. På sekunden, de omvandlade en elektrisk ström till spinnvågor med hjälp av en platinametallremsa som ligger i ena änden av magneten.

"Det som är anmärkningsvärt är att detta material är en isolator; det leder ingen ström och ändå kan du skicka information i form av spinnvågor genom det, "sa Toeno Van der Sar, en postdoktor vid Institutionen för fysik och medförfattare till tidningen. "Snurrvågor är så lovande eftersom de kan resa länge utan att förfalla, och det produceras knappt någon värme eftersom du inte har elektroner i rörelse. "

När laget injicerade spinnvågor i materialet, nästa steg var att ta reda på hur man mäter information om dessa vågor. Forskarna vände sig till kväve-vakans (NV) -defekter i diamanter. Dessa defekter - där en kolatom i en diamant ersätts med en kväveatom och en närliggande atom avlägsnas - kan användas för att detektera små magnetfält.

Forskarna tillverkade små diamantstavar som innehåller NV -centra och placerade dem nanometer ovanför provet. När spinnvågorna rör sig genom materialet, de genererar ett magnetfält, som hämtas av NV -centret.

Baserat på NV-mätningar, forskare kan nu räkna ut den kemiska potentialen för spinn, antalet snurrvågor, hur de rör sig genom materialet och andra viktiga insikter.

"Det fina med den här tekniken är att den är väldigt lokal, "sa Van der Sar." Du kan göra dessa mätningar bara några nanometer ovanför provet, vilket innebär att du kan studera den kemiska potentialen i en spinnvågsenhet i chipskala, för, låt oss säga, en snurrvågsdator. Detta är inte möjligt med några av de andra toppmoderna teknikerna. "

Detta system kan också ge en inblick i mer exotisk fysik, såsom spin-wave Hall-effekten, eller visa att spinnvågstransport är hydrodynamisk.

"Principen vi använder för att kontrollera och mäta den spin -kemiska potentialen är ganska generell. Den öppnar sätt att studera mer exotiska spinnfenomen i nya material och hjälper utvecklingen av nya spintronic -enheter, "sa Du.