Konventionell elektronik är beroende av att kontrollera elektrisk laddning. Nyligen, forskare har undersökt potentialen för en ny teknik, kallas spintronics, som bygger på att detektera och kontrollera en partikels spinn. Denna teknik kan leda till nya typer av mer effektiva och kraftfulla enheter.

I ett papper publicerat i Bokstäver i tillämpad fysik , forskare mätte hur starkt en laddningsbärares spinn interagerar med ett magnetfält i diamant. Denna avgörande egenskap visar diamant som ett lovande material för spintroniska enheter.

Diamant är attraktivt eftersom det skulle vara lättare att bearbeta och tillverka spintroniska enheter än typiska halvledarmaterial, sa Golrokh Akhgar, fysiker vid La Trobe University i Australien. Konventionella kvantanordningar är baserade på flera tunna lager av halvledare, som kräver en genomarbetad tillverkningsprocess i ett ultrahögt vakuum.

"Diamant är normalt en extremt bra isolator, "Sade Akhgar. Men, vid exponering för väteplasma, diamanten innehåller väteatomer i dess yta. När en hydrerad diamant förs in i fuktig luft, det blir elektriskt ledande eftersom ett tunt lager av vatten bildas på dess yta, dra elektroner från diamanten. De saknade elektronerna vid diamantytan beter sig som positivt laddade partiklar, kallas hål, gör ytan ledande.

Forskare fann att dessa hål har många av de rätta egenskaperna för spintronics. Den viktigaste egenskapen är en relativistisk effekt som kallas spin-orbit-koppling, där en laddningsbärares snurr interagerar med dess omloppsrörelse. En stark koppling gör det möjligt för forskare att kontrollera partikelns spinn med ett elektriskt fält.

I tidigare arbete, forskarna mätte hur starkt ett håls spin-orbit-koppling kunde konstrueras med ett elektriskt fält. De visade också att ett externt elektriskt fält kunde justera kopplingens styrka.

I de senaste experimenten, forskarna mätte hur starkt ett håls spinn interagerar med ett magnetfält. För denna mätning, forskarna applicerade konstanta magnetfält med olika styrkor parallellt med diamantytan vid temperaturer under 4 Kelvin. De applicerade samtidigt samtidigt ett stadigt varierande vinkelrätt fält. Genom att övervaka hur diamantens elektriska motstånd förändrades, de bestämde g-faktorn. Denna mängd kan hjälpa forskare att styra snurr i framtida enheter med hjälp av ett magnetfält.

"Kopplingsstyrkan hos bärarspinn till elektriska och magnetiska fält ligger i hjärtat av spintronik, "Akhgar sa." Vi har nu de två avgörande parametrarna för manipulation av snurr i det ledande ytskiktet av diamant med antingen elektriska eller magnetiska fält. "

Dessutom, diamant är transparent, så det kan integreras i optiska enheter som fungerar med synligt eller ultraviolett ljus. Kvävevakansdiamanter – som innehåller kväveatomer parade med saknade kolatomer i sin kristallstruktur – visar lovande som en kvantbit, eller qubit, grunden för kvantinformationsteknik. Att kunna manipulera snurr och använda det som en qubit kan leda till ännu fler enheter med outnyttjad potential, sa Akhgar.