När våra enheter blir mindre, snabbare, mer energieffektiva och kan hålla större mängder data, kan spintronics fortsätta den banan. Medan elektronik är baserad på flödet av elektroner, är spintronik baserad på spinn av elektroner.

En elektron har en spinnfrihetsgrad, vilket innebär att den inte bara håller en laddning utan också fungerar som en liten magnet. Inom spintronik är en nyckeluppgift att använda ett elektriskt fält för att styra elektronspin och rotera magnetens nordpol i vilken riktning som helst.

Den spintroniska fälteffekttransistorn utnyttjar den så kallade Rashba eller Dresselhaus spin-orbit kopplingseffekten, vilket antyder att man kan styra elektronspin genom elektriskt fält. Även om metoden lovar effektiv och höghastighetsdator, måste vissa utmaningar övervinnas innan tekniken når sin sanna, miniatyr men kraftfulla och miljövänliga potential.

I decennier har forskare försökt använda elektriska fält för att kontrollera spinn vid rumstemperatur men att uppnå effektiv kontroll har varit svårfångad. I forskning som nyligen publicerats i Nature Photonics , ett forskarlag ledd av Jian Shi och Ravishankar Sundararaman från Rensselaer Polytechnic Institute och Yuan Ping från University of California i Santa Cruz tog ett steg framåt för att lösa dilemmat.

"Du vill att magnetfältet Rashba eller Dresselhaus ska vara stort för att göra elektronspinprecessen snabbt", säger Dr Shi, docent i materialvetenskap och teknik. "Om det är svagt, går elektronspinningen långsamt och det skulle ta för lång tid att slå på eller stänga av spintransistorn. Men ofta leder ett större inre magnetfält, om det inte är väl ordnat, till dålig kontroll av elektronspin."

Teamet visade att en ferroelektrisk van der Waals skiktad perovskitkristall som bär unik kristallsymmetri och stark spin-omloppskoppling var ett lovande modellmaterial för att förstå Rashba-Dresselhaus spinfysik vid rumstemperatur. Dess icke-flyktiga och omkonfigurerbara spin-relaterade rumstemperatur optoelektroniska egenskaper kan inspirera utvecklingen av viktiga designprinciper för att möjliggöra en rumstemperatur spin-fälteffekt transistor.

Simuleringar visade att detta material var särskilt spännande, enligt Dr Sundararaman, docent i materialvetenskap och ingenjörskonst. "Det interna magnetfältet är samtidigt stort och perfekt fördelat i en enda riktning, vilket gör att snurrarna kan rotera förutsägbart och i perfekt samverkan", sa han. "Detta är ett nyckelkrav för att använda snurr för att tillförlitligt överföra information."

"Det är ett steg framåt mot det praktiska förverkligandet av en spintronisk transistor," sa Dr Shi. + Utforska vidare

När ljus och elektroner snurrar tillsammans