Spintronics lovar framtida lågeffektselektroniska enheter. Spinn är en kvantmekanisk egenskap hos elektroner som bäst kan tänkas som elektroner som snurrar runt sina egna axlar, får dem att bete sig som små kompassnålar. En ström av elektronspinn kan användas i elektroniska enheter. Dock, för att generera en lämplig centrifugeringsström, du behöver en relativt stor magnet. En alternativ metod som använder en speciell typ av molekyl har föreslagits, men den stora frågan är om det fungerar. University of Groningen Ph.D. student Xu Yang har konstruerat en teoretisk modell som beskriver hur man testar denna nya metod.

Spinn kan ha två riktningar, brukar betecknas som "upp" och "ner". I en normal elektronström, det finns lika stora mängder av båda rotationsriktningarna, men att använda snurr för att överföra information kräver ett överskott i en riktning. Detta görs vanligtvis genom att injicera elektroner i en spintronic -enhet genom en ferromagnet, vilket kommer att gynna passagen av en typ av snurr. "Men ferromagneter är skrymmande jämfört med de andra komponenterna, "säger Yang.

DNA

Det är därför ett genombrott 2011 som publicerades i Vetenskap väcker ökad uppmärksamhet. Detta papper rapporterade att att passera en ström genom ett monoskikt av DNA -dubbla spiraler skulle gynna en typ av snurr. DNA -molekylerna är kirala, vilket innebär att de kan existera i två former som är spegelbilder, som en vänster och höger hand. Fenomenet kallades "kiral inducerad spinselektivitet" (CISS), och under de senaste åren, flera experiment publicerades påstås visa denna CISS -effekt, även i elektroniska enheter.

"Men vi var inte så säkra, "förklarar Yang. En typ av experiment använde ett monoskikt av DNA -fragment, medan en annan använde ett atomkraftmikroskop för att mäta strömmen genom enstaka molekyler. Olika kirala spiraler användes i experimenten. "Modellerna som förklarar varför dessa molekyler skulle gynna en av snurren gjorde många antaganden, till exempel, om molekylernas form och den väg elektronerna tog. "

Kretsar

Så Yang bestämde sig för att skapa en generisk modell för att beskriva hur snurr skulle passera genom olika kretsar under en linjär regim (dvs. regimen som elektroniska enheter fungerar i). "Dessa modeller baserades på universella regler, oberoende av molekyltypen, "förklarar Yang. En sådan regel är bevarande av avgifter, som säger att varje elektron som går in i en krets så småningom ska lämna. En andra regel är ömsesidighet, som säger att om du byter roller för spännings- och strömkontakterna i en krets, signalen ska förbli densamma.

Nästa, Yang beskrev hur dessa regler skulle påverka överföring och reflektion av snurr i olika komponenter, till exempel, en kiral molekyl och en ferromagnet mellan två kontakter. De universella reglerna gjorde det möjligt för honom att beräkna vad som hände med snurr i dessa komponenter. Sedan använde han komponenterna för att modellera mer komplexa kretsar. Detta gjorde det möjligt för honom att beräkna vad han skulle förvänta sig om de kirala molekylerna visade CISS -effekten och vad de skulle förvänta sig om de inte gjorde det.

Övertygande

När han modellerade CISS -experimenten som publicerats hittills, Yang fann att vissa är, verkligen, inte övertygande. "Dessa experiment är inte tillräckligt övertygande. De visar ingen skillnad mellan molekyler med och utan CISS, åtminstone inte i den linjära regimen för elektroniska enheter. "Dessutom, alla enheter som använder bara två kontakter kommer inte att bevisa förekomsten av CISS. Den goda nyheten är att Yang har designat kretsar med fyra kontakter som gör det möjligt för forskare att upptäcka CISS -effekten i elektroniska enheter. "Jag arbetar för närvarande också med en sådan krets, men eftersom den består av molekylära byggstenar, det här är en ganska utmaning. "

Genom att publicera sin modell nu, Yang hoppas att fler forskare kommer att börja bygga de kretsar han har föreslagit, och kommer äntligen att kunna bevisa förekomsten av CISS i elektroniska enheter. "Detta skulle vara ett stort bidrag till samhället, eftersom det kan möjliggöra en helt ny strategi för elektronikens framtid. "