About / Advertise
Kvantdatorer skulle kunna utnyttja elektronernas spinn för att bära, bearbeta och överföra information. Hittills har tekniken inte fungerat i rumstemperatur men nu har en grupp forskare från Sverige, Finland och Japan konstruerat en halvledarkomponent där information effektivt kan överföras mellan elektronspinn och ljus vid högre temperaturer.
Spinntronik – som förenklat kan beskrivas som att elektronen roterar kring sin axel – är en lovande kandidat för att ge högre hastighet och lägre energiförbrukning än traditionell elektronik.
De senaste decennierna har forskning kring spinntronik fokuserat på att lagra stora mängder data med hjälp av metaller. Men det finns flera fördelar med att ta fram spinntronik baserat på halvledarmaterial.
– En viktig fördel med spinntronik baserad på halvledare är potentialen att omvandla informationen som representeras av spinntillståndet och överföra den till ljus, och vice versa. Sådan teknologi kallas opto-spinntronik. Det skulle göra det möjligt att integrera spinnbaserad informationsbearbetning och -lagring med optisk informationsöverföring, säger Weimin Chen, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet i ett pressmeddelande.
Ett hinder på vägen har varit att elektronerna tenderar att slumpmässigt växla spinnriktning när temperaturen stiger vilket gör att informationen som kodats med elektronernas spinntillstånd förloras eller blir otydlig. Tidigare forskning har uppnått som högst 60 procent elektronspinnpolarisering.
Nu har forskare vid Linköpings universitet, Tampere universitet och Hokkaido universitet lyckats uppnå över 90 procent elektronspinnpolarisering vid rumstemperatur. Spinnpolariseringen förblir hög upp till 110 °C. Grunden för framsteget, som beskrivs i Nature Photonics, är den nanostruktur som forskarna har konstruerat av lager av olika halvledarmaterial.
Denna opto-spinntronikstruktur innehåller områden i nanoskala som kallas kvantprickar. Varje kvantprick är runt 10 000 gånger mindre än tjockleken på ett hårstrå. När kvantpricken träffas av en elektron avger den ljus, eller mer specifikt en enskild foton vars tillstånd bestäms av elektronens spinn. Kvantprickar anses därför ha stor potential som gränssnitt för att överföra information mellan elektronspinn och ljus i spinntronik, fotonik och kvantdatorer.
I den aktuella studien visar forskarteamet att kvantprickens elektronspinn kan styras på avstånd med ett spinnfilter, och vid rumstemperatur.
Kvantprickarna består av indiumarsenid (InAs) och ett lager av galliumkvävearsenid (GaNAs) fungerar som spinnfilter. Mellan dem är ett lager av galliumarsenid (GaAs). Liknande strukturer används redan i optoelektronik baserad på galliumarsenid, och forskarna menar att det kan underlätta integrationen av spinntronik med befintliga elektroniska och fotoniska komponenter.
Bilden: Weimin Chen till vänster och Irina Buyanova och Yuqing Huang till höger
