För att öka effektiviteten hos mikrochips, 3D-strukturer undersöks nu. Dock, spintroniska komponenter, som förlitar sig på elektronspin snarare än laddning, är alltid platta. För att undersöka hur du ansluter dessa till 3D-elektronik, University of Groningen fysiker Dr. Kumar Sourav Das skapade böjda spinntransportkanaler. Tillsammans med sina kollegor, han upptäckte att denna nya geometri gör det möjligt att oberoende ställa in laddnings- och spinnströmmar. Resultaten publicerades online av tidningen Nanobokstäver den 13 september 2019.

Det började med två huvudfrågor:hur man ställer in spinström med geometri, och hur man skapar spinntransport i en 3D-nanostruktur. Elektronspinn är en kvantmekanisk egenskap, ett magnetiskt moment som kan användas för att överföra eller lagra information. Spin används redan i minneslagring, och kan också användas i logiska kretsar.

Böjd arkitektur

"Än så länge, de flesta spintroniska enheter har varit baserade på en platt struktur. Vi ville ta reda på hur spinnströmmarna beter sig i en krökt kanal, "säger Das. Med hjälp av kiseloxidsubstrat med diken skapade av en jonstråle, designad på HZDR i Dresden av Dr Denys Makarov, Das odlade nanokanaler av aluminium som korsade skyttegravarna. I denna böjda arkitektur, aluminiumets tjocklek varierar vid nanoskala dimensioner, kortare än spinnavslappningslängden.

Das använde olika stora diken och mätte både spinnmotstånd och laddningsströmmar. "Vad vi upptäckt är att variationer i dikets storlek påverkar spinn- och laddningstransporten i kanalen på olika sätt, "Förklarar Das." Vi kunde därför självständigt ställa in både snurr- och laddningsströmmar baserat på kanalgeometrin. "

Nya funktioner

Hans kollega Dr Carmine Ortix från Utrecht University skapade en teoretisk modell som beskriver detta fenomen. "Vår teori visar tydligt att det är möjligt att självständigt ställa in spinn- och laddningsegenskaperna med enbart materialens form. Denna möjlighet övervinner de befintliga tekniska hindren för tillämpligheten av spintronik i modern elektronik, "säger Dr Ortix." Att förlänga lågdimensionella strukturer till det tredimensionella rummet kan ge möjlighet att modifiera konventionella funktioner eller till och med starta helt nya funktioner genom att lämpligt anpassa formen på verkliga material. "

"Denna upptäckt är viktig eftersom den gör att vi kan ställa in spintronic -komponenter så att de matchar både spinnströmmen och laddströmmen för elektroniska kretsar, " säger Das. "Det möjliggör en effektiv integrering av spinninjektorer och detektorer eller spinntransistorer i moderna 3D-kretsar." Detta kan bidra till att skapa mer energieffektiv elektronik, eftersom spintronics är ett attraktivt sätt att skapa enheter med låg effekt. "Och vi kan nu använda vår modell för att designa kanaler."