(Phys.org) —Under 2011, forskargruppen för Roland Wiesendanger, Fysikprofessor vid universitetet i Hamburg i Tyskland, tillverkade en spinnbaserad logisk enhet med hjälp av snurr på enstaka atomer, en bedrift som representerar de yttersta gränserna för miniatyrisering. I dessa små enheter, alla atomer måste placeras exakt så att deras spinninformation kan överföras från en atom till en annan.

Problemet är att atomerna inte vill stanna i sina utpekade positioner särskilt länge. Även den minsta värmemängden kan övervinna den svaga magnetiska kopplingen mellan en atom och ett substrat som hjälper till att hålla atomen på plats. Som ett resultat, den spinnbaserade logiska enheten fungerar bara vid temperaturer under 0,3 K, knappt över den absoluta nollan.

Nu i en ny artikel publicerad i Nano bokstäver , Wiesendangers team har visat spinnbaserade logiska enheter som är gjorda av molekyler istället för atomer. Molekylerna hålls på plats genom superexchange magnetisk koppling, som är mycket starkare än svag magnetisk koppling. De starkare interaktionerna översätts till en storleksordning högre driftstemperatur, upp till 6 K. Molekylära spinnanordningar, som är nästan lika små som atomversionen, har mycket högre stabilitet och de erbjuder fortfarande samma potentiella fördelar med höghastighetsdrift och låg strömförbrukning som gör spintronics-enheter så attraktiva.

"Vi har nu alla byggnadsdelar på ytan för att skapa enheter av molekylära byggstenar, "huvudförfattare Maciej Bazarnik, fysiker vid universitetet i Hamburg och vid Poznan tekniska universitet i Polen, berättade Phys.org .

I allmänhet, spinnbaserade enheter fungerar genom att styra elektronernas snurr, precis som konventionella elektroniska enheter styr elektronladdning. I likhet med hur laddning anses vara antingen negativ eller positiv, snurr anses antingen vara uppåt eller nedåt. Genom att applicera ett magnetfält, forskare kan generera ett överskott av rotera upp eller snurra ner elektroner, skapa en nettospinnspolarisering och producera en magnetisk spinnström.

För att bygga en all-spin-logisk enhet, utmaningen är att atomer och molekyler måste ordnas så att de fungerar som trådar, korsningar, och andra byggstenar för överföring av lätt störd spinninformation från en plats till en annan.

I den nya studien, forskarna byggde dessa komponenter av koordinationsföreningar, som är magnetiska molekyler som består av en central metallatom (här, kobolt) kopplat till omgivande grupper av atomer. Dessa grupper väljs noggrant för att uppnå starka magnetiska interaktioner mellan de spinnbärande metallatomerna i angränsande föreningar, så att centrifugeringsinformationen kan överföras.

Forskarna konstruerade också den kemiska strukturen för att lindra ett annat problem i atomskala spinnanordningar:genom att transportera spinninformationen mer direkt mellan korsningar, de kan kraftigt minska oönskade störningar med angränsande enheter.

Med sin större stabilitet, de molekylära spinnlogikanordningarna representerar ett steg mot att göra mycket små spinnanordningar vid högre temperaturer, vilket är nödvändigt för att förverkliga framtida applikationer.

"Vi utforskar olika magnetiska centra i våra molekyler för att uppnå starkare magnetiska kopplingar och höja arbetstemperaturen ännu högre, "Bazarnik sa." Eftersom all-spin-enheter i slutändan är små, att använda dem i framtida nanoelektronik skulle vara fördelaktigt. De arbetar med en centrifugeringsgrad av frihet och därför är inget flöde av [elektrisk] ström nödvändigt för att informationen ska överföras. Därför finns det ingen uppvärmning och mycket låg strömförbrukning. "

© 2016 Phys.org