Skriv ut

Elektronens spinn är nästan slumpmässigt riktad vid rumstemperatur. Nu har forskare vid Linköpings universitet och Kungliga Tekniska Högskolan designat en gränsyta som tycks bevara – och till och med förstärka – elektronernas spinnsignal vid rumstemperatur. Metoden är presenterad i Nature Communications, och tros kunna vara en pusselbit som gör att opto-spinntronik kan komma att utnyttjas för att effektivt överföra kvantinformation i framtiden.

Spinntronik är elektronik som utnyttjar både elektronens spinn och laddning.

En elektron sägas rotera medurs eller moturs runt sin axel. Det kallas upp- och nerspinn och tillståndet kan representera ”noll” eller ”ett”. Informationen kan omvandlas till ljus och skickas över långa avstånd i exempelvis optiska fiber.

För att överföra information med hjälp av opto-spinntronik vill forskarna använda cirkulärt polariserat ljus. Det elektromagnetiska fältet roterar antingen medurs eller moturs runt ljusets färdriktning. Elektronens spinn avgör fältets riktning.

Ett problem är att riktningen på elektronernas spinn nästan är slumpmässigt vid rumstemperatur.

– Det innebär att informationen som kodats med elektronernas spinn förloras eller blir alltför otydlig för att kunna omvandlas på ett tillförlitligt sätt till distinkt cirkulärt polariserat ljus, säger Weimin Chen vid Institutionen för fysik, kemi och biologi i ett pressmeddelande.

Lösningen är – tror forskarna – en gränsyta mellan spinn och ljus bestående av nanometerhöga skivor, så kallade nanopelare, av galliumkvävearsenid. De är staplade på varandra med ett tunt lager galliumarsenid emellan.

– Gränsytan bevarar, och till och med förstärker, elektronernas spinnsignal vid rumstemperatur. Dessutom kan den omvandla dessa spinnsignaler till motsvarande signaler av cirkulärt polariserat ljus som färdas i en önskad riktning, säger Weimin Chen i pressmeddelandet.

Gränsytans förmåga att förstärka spinnsignaler beror av minimala defekter som forskarna har introducerat i materialet. Några galliumatomer förskjuts i kristallstrukturen och fungerar som ett spinnfilter, som sorterar ut elektroner med ”fel” spinntillstånd. En fördel med nanopelarna är att ljuset dessutom enkelt kan ledas och kopplas in och ut effektivt.

Forskarna har presenterat sin metod i artikeln “Room-temperature polarized spin-photon interface based on a semiconductor nanodisk-in-nanopillar structure driven by few defects” (länk) i Nature Communications.

Forskningen har fått stöd av Vetenskapsrådet, Energimyndigheten och den statliga strategiska satsningen på avancerade funktionella material (AFM) vid Linköpings universitet.

Kategori: Nyheter