(PhysOrg.com) -- I decennier, transistorerna inuti radioapparater, TV-apparater och andra vardagliga föremål har överfört data genom att kontrollera rörelsen av elektronens laddning. Forskare har nu upptäckt att transistorer kan använda mindre energi, genererar mindre värme och arbetar med högre hastigheter om de utnyttjar en annan egenskap hos elektronen:dess spin.

1921, forskare upptäckte att varje elektron har spinn – ett inneboende vinkelmomentum som får elektronen att snurra när den rör sig runt en axel. Sedan dess, forskare runt om i världen och vid Ohio University har utvecklat elektroniska enheter som bäddar in data i en elektrons spinn. Det framväxande området för spinelektronik – eller spintronik – kan revolutionera minneslagringsenheter och kvantdatorer.

Tills nu, forskare som utvecklar spinnelektronik har kontrollerat spinn genom att fästa en extern magnet direkt på enheterna. Men när efterfrågan på mindre transistorer ökar, att använda en skrymmande magnet är inte ett effektivt eller praktiskt sätt att manipulera orienteringen av en elektrons spinn, sa Sergio Ulloa, professor i fysik och astronomi vid Ohio University.

"Den heliga gralen i spintronics är att ta itu med spinn med något annat än magneter, sa Ulloa. "Ett elektriskt fält är bärbart och lätt att slå på och av."

Ulloa och doktorand Anh Tuan Ngo hjälpte till att lösa detta problem genom att tillhandahålla teoretisk modellering för ett nyligen genomfört experiment som var det första som framgångsrikt kontrollerade en elektrons spinn genom att använda rent elektriska fält. Dessa fynd publicerades i tidskriften Naturens nanoteknik .

Teamet samarbetade med en forskargrupp vid University of Cincinnati, ledd av Philippe Debray och Marc Cahay. Debray tänkte ut och designade experimenten. Forskarnas beräkningar från Ohio University förklarade elektronernas beteende under Debrays experimentella förhållanden och förutspådde hur stark det elektriska fältets kontroll över spinnet skulle bli.

Deras forskning avslöjade också ett av experimentets nyckelvillkor - att den lilla anslutningen längs vilken elektronerna färdas i enheten måste vara asymmetrisk.

"Föreställ dig att du går genom en skog och det finns berg på vardera sidan om dig. Om bergen på ena sidan är högre, du kommer att kunna berätta vilken riktning du går, sa Ulloa. "Elektronen kommer att veta att det finns asymmetri, och dess spin kommer att kunna berätta vilken väg som är uppåt."

Att styra spinn elektroniskt har stora konsekvenser för framtiden för nya enheter som transistorer, men detta experiment är bara det första steget av många, sa Ulloa. Nästa steg skulle vara att omarbeta experimentet så att det kunde utföras vid en högre, mer praktisk temperatur som inte kräver användning av flytande helium.

Tillhandahålls av Ohio University (nyheter:webb)