Spintronics är ett växande område där elektronernas snurr, snarare än avgiften, används för att behandla data. Tyvärr, snurren varar bara mycket kort tid, vilket gör det svårt att utnyttja inom elektronik. Forskare från Kavli Institute of Nanoscience vid TU Delft, samarbetar med den nederländska organisationen för vetenskaplig forsknings AMOLF -institut, har nu hittat ett sätt att omvandla spinninformation till en förutsägbar ljussignal vid rumstemperatur. Upptäckten för världarna inom spintronik och nanofotonik närmare varandra och kan leda till utvecklingen av ett energieffektivt sätt att behandla data, i datacenter, till exempel. Forskarna har redogjort för sina resultat i Vetenskap .

Forskningen involverade en nanokonstruktion bestående av två komponenter:en extremt tunn silvertråd, och ett 2-D-material som kallas volframdisulfid. Forskarna fästa silvertråden på en skiva volframdisulfid som bara mäter fyra atomer i tjocklek. Med hjälp av cirkulärt polariserat ljus, de skapade så kallade 'excitons' med en specifik rotationsriktning. Spinnets riktning kan initieras med hjälp av laserljusets rotationsriktning.

Ursprungligt tillstånd

Excitons är faktiskt elektroner som har studsat ur sin bana. Med denna teknik, laserstrålen säkerställer att elektronerna sjösätts i en bredare bana runt ett positivt laddat hål på ungefär samma sätt som en väteatom. De så skapade excitonerna vill återgå till sitt ursprungliga tillstånd. När de återvände till den mindre banan, de avger energi i form av ljus. Denna lampa innehåller centrifugeringsinformation, men avges i alla riktningar.

För att använda centrifugeringsinformationen, Delftforskarna återvände till en tidigare upptäckt. De hade visat att när ljuset rör sig längs en nanotråd, det åtföljs av ett roterande elektromagnetiskt fält mycket nära tråden:Det snurrar medurs på ena sidan av tråden, och moturs på andra sidan. När ljuset rör sig i motsatt riktning, spinnriktningarna ändras, för. Så den lokala rotationsriktningen för det elektromagnetiska fältet låses en-till-en i den riktning som ljuset rör sig längs tråden. "Vi använder detta fenomen som en typ av låskombination, "förklarar Kuipers." En exciton med en viss rotationsriktning kan bara avge ljus längs tråden om de två rotationsriktningarna motsvarar. "

Opto-elektroniska omkopplare

En direkt länk skapas mellan spinninformationen och ljusets utbredningsriktning längs nanotråden. Det fungerar nästan perfekt:centrifugeringsinformationen "lanseras" i rätt riktning längs tråden i 90 procent av fallen. På det här sättet, ömtålig spinninformation kan omsorgsfullt omvandlas till en ljussignal och transporteras över mycket större avstånd. Tack vare denna teknik, som fungerar vid rumstemperatur, du kan enkelt skapa nya optoelektroniska kretsar. Kuipers:"Du behöver inte en ström av elektroner, och ingen värme släpps. Detta gör det till ett mycket lågenergiskt sätt att överföra information. "

Upptäckten rensar vägen för att kombinera spintronik och nanofotonik. Kuipers:"Denna kombination kan mycket väl resultera i gröna informationsbehandlingsstrategier på nanoskala."

I en separat studie publicerad i samma nummer av Vetenskap i dag, andra forskare från Kavli -institutet för nanovetenskap vid TU Delft hittade också ett sätt att överföra spinninformation till fotoner.