Technologický pokrok umožňuje praktickou polovodičovou Spintronics

Experimentální instalace používaná výzkumníky. Půjčka Thor Balkhed:

V budoucnu bude možné použít informační technologii, když se ke zpracování informací v kvantových počítačích použije elektronická rotace. Dlouhodobým cílem vědců bylo používat při pokojové teplotě kvantovou informační technologii založenou na spinech. Vědci ze Švédska, Finska a Japonska nyní vyvinuli polovodičové zařízení, ve kterém lze účinně vyměňovat informace mezi elektronovým „světlem“ při pokojové teplotě.

Je známo, že elektrony mají záporný náboj, և mají také další vlastnost – spin. Ten může hrát důležitou roli při rozvoji informačních technologií. Jednoduše řečeno, můžeme si představit, jak se elektron točí kolem své osy, podobně jako Země rotuje kolem své osy. Spintronics, slibný kandidát na budoucí informační technologie, využívá tuto kvantovou vlastnost elektronů k ukládání, zpracování a přenosu informací. To přináší potenciální výhody, jako jsou vyšší rychlosti a nižší spotřeba energie než u tradiční elektroniky.

Wayne Chen

Wamin Chen, profesor na univerzitě v Linköpingu. Uznání: Peter Modin / LiU

Vývoj v oblasti spintroniky v posledních desetiletích byl založen na použití kovů, խիստ byly velmi významné pro schopnost uchovávat velké množství dat. Použití polovodičů na bázi spintroniky má však několik výhod, stejně jako polovodiče tvoří páteř dnešní elektroniky a fotoniky.

„Jednou z možných výhod polovodičové spin-elektroniky je informace prezentovaná ve stavu spin-off, ve schopnosti převádět je na světlo.“ Tato technologie je známá jako optospintronika. Bude integrovat zpracování a ukládání informací založené na rotaci s přenosem světla, “uvedl Weimin Chen, profesor na švédské univerzitě Linköping, který projekt vedl.

Protože dnes používaná elektronika pracuje při vysokých pokojových teplotách, hlavním problémem ve vývoji spintroniky bylo, že elektrony mají tendenci náhodně měnit směr otáčení, jak teplota stoupá. To znamená, že informace šifrované elektronicky rotujícími stavy jsou ztraceny nebo se stávají nejednoznačnými. Nezbytným předpokladem pro vývoj spintroniky na bázi polovodičů je tedy to, že můžeme v podstatě nasměrovat všechny elektrony do stejného rotačního stavu – udržovat to, jinými slovy, točit se při nabité teplotě místnosti – vyšší teplotě. Předchozí studie dosáhly nejvyšší náplně elektronického odstřeďování při 60% při pokojové teplotě, což pro praktické aplikace ve velkém měřítku nebylo možné.

Linköping University, Tampere University և: Univerzita Hokkaido nyní dosáhly náboje rotace elektronů při teplotě místnosti více než 90%. Rotující zatížení zůstává vysoké i při 110 ° C. Je popsán tento technologický průlom Fotonika přírody, je založen na opto-spintronické nanostruktuře vyvinuté vědci z vrstev různých polovodičových materiálů (viz popis níže). Obsahuje oblasti v nanoměřítku zvané kvantové tečky. Každá kvantová tečka je asi 10 000krát menší než tloušťka lidského vlasu.

Kvantové tečky optospintronická nanostruktura

Kvantové tečky v opto-spintronické nanostruktuře jsou vyrobeny z india arsenu (InAs). Každá kvantová tečka je asi 10 000krát menší než tloušťka lidského vlasu. Půjčka: Yuking Huang

Když rotující nabitý elektron pronikne kvantovou tečkou, emituje světlo, nebo spíše emituje jeden foton ve stavu určeném rotací elektronů (moment hybnosti). Kvantové tečky jsou tedy považovány za místa s velkým potenciálem jako rozhraní pro přenos informací ve formě elektronického spinového „světla“, protože to bude nutné ve spintronice, fotonice և kvantový výpočetV nově publikované studii vědci ukazují, že je možné použít sousední spinový filtr pro dálkové ovládání elektronické rotace kvantových teček při pokojové teplotě.

Kvantové tečky jsou vyrobeny z india arsenu (InAs) a vrstva arsenu dusíku galia (GaNAs) funguje jako rotující filtr. Mezi ně je umístěna vrstva arsenidu gália (GaAs). Podobné struktury se již používají v optoelektronické technologii založené na arsenidu galia a vědci se domnívají, že by to mohlo usnadnit integraci spintroniky do stávajících elektronově-fotonických komponent.

„Jsme potěšeni, že naše dlouhodobé úsilí o zlepšení zkušeností potřebných pro výrobu vysoce kontrolovaných N polovodičů nastavuje novou hranici ve spintronice. Dosud jsme měli dobrý úspěch při používání těchto materiálů pro optoelektronická zařízení, naposledy ve vysoce účinných krevních buňkách a laserových diodách. „Nyní se těšíme na pokračování této práce zaměřené na kombinování fotoniky a spintroniky pomocí společné platformy pro kvantovou technologii založenou na spinu založenou na světle,“ uvedla profesorka Mircea Guina, vedoucí výzkumu na univerzitě ve finském Tampere.


Co je spintronika?

Spintronika: je technologie, která ke zpracování a přenosu informací využívá „náboj“ a „rotaci elektronů“.

O rotaci elektronů lze uvažovat tak, že k nim dochází, když se elektron otáčí ve směru nebo ve směru hodinových ručiček kolem své osy, stejně jako se Země otáčí kolem své osy. Dva směry otáčení se nazývají „nahoru“ a „dolů“. V elektronické technologii, která se dnes používá, se elektronický náboj používá k reprezentaci 0, 1, čímž přenáší informace. Informace lze vhodně prezentovat ve spintronice pomocí rotujícího stavu elektronů.

Popis optospintronické nanostruktury

V opto-spinových nanostrukturách je elektronový spinový náboj více než 90% dosažen při pokojové teplotě v kvantovém bodě filtrací defektní rotace s dlouhým dosahem přes sousední vrstvu arsenidu dusíku gália (GaNA). Když se takový rotující nabitý elektron spojí, vyzařuje ruční světlo. Stav rotace elektronu určuje, zda se elektromagnetické pole světla bude otáčet ve směru nebo proti směru hodinových ručiček. Půjčka: Yuking Huang

Ve světě kvantové fyziky může elektron ovládat oba směry otáčení současně (je tedy ve stavu, který je směsí 1: 0). To je samozřejmě zcela nepochopitelné v tradičním „klasickém“ světě – klíči kvantové práce na počítači. Spintronics je proto slibný pro vývoj kvantových počítačů.

Opto-spintronika zahrnuje přenos informací představovaných rotujícím stavem elektronů ve světle a naopak. Světlo, fotony a informace pak mohou cestovat optickými vlákny na velmi dlouhé vzdálenosti. Rotující stav elektronu určuje vlastnosti světla, respektive určuje, zda se elektromagnetické pole světla bude otáčet ve směru nebo proti směru hodinových ručiček podobně jako vývrtka. otočte doprava nebo doprava.

Zdroj: Wamen Chen, profesor na univerzitě v Linköpingu


Odkaz. „Rotace elektronů při pokojové teplotě přesahuje 90% v opto-spinningových polovodičových nanočásticích pomocí dálkové filtrace spinem“: Yuqing Huang, Ville Polojärvi, Satoshi Hiura, Pontus Höjer, Arto Aho, Riku Isoaho, Teemu Mirkarain, Guemina, Teemu Mirkarain, Sato, Junichi Takayama, Akihiro Murayama, Irina A. Buyanova և Weimin M. Chen, 8. dubna 2021, Fotonika přírody,
DOI: 10.1038 / s41566-021-00786-y:

Výzkum byl financován mimo jiné Švédskou radou pro výzkum, Švédskou nadací pro mezinárodní spolupráci ve vysokém školství (STINT), Úřadem švédské vlády pro výzkum vědy o funkčních materiálech na univerzitě v Linköpingu a Evropskou radou pro výzkum (ERC). Finská akademie և Japonsko Aponia Science Promotion Company.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Newsletter

Subscribe to stay updated.