ספינינג אלקטרונים לפתוח את הדלת האלקטרוניקה היברידית בעתיד

rd #268 No video signal, Easy PC fix in 10 steps (יולי 2019).

Anonim

גילוי כיצד לשלוט ולהעביר אלקטרונים מסתובבים סוללת את הדרך עבור התקנים היברידית חדש שיכול לעלות על האלקטרוניקה המוליכים למחצה הקיימים. במחקר שפורסם ב- Nature Communications, חוקרים באוניברסיטת לינקופינג בשוודיה מדגימים כיצד לשלב מוליך למחצה נפוץ עם מבודדים טופולוגיים, מצב שהתגלה לאחרונה עם חומר בעל תכונות חשמליות ייחודיות.

בדיוק כמו כדור הארץ מסתובב סביב הציר שלו, כך גם אלקטרון, בכיוון השעון או נגד כיוון השעון. "ספינטרוניקה" הוא השם המשמש לתיאור טכנולוגיות המנצלות הן את הספין והן את המטען של האלקטרון. היישומים הנוכחיים מוגבלים, הטכנולוגיה משמשת בעיקר כוננים קשיחים במחשב. Spintronics מבטיח יתרונות גדולים על פני האלקטרוניקה קונבנציונאלי, כולל צריכת חשמל נמוכה יותר מהירות גבוהה יותר.

במונחים של הולכה חשמלית, חומרים טבעיים מסווגים לשלוש קטגוריות: מוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים. חוקרים גילו לאחרונה שלב אקזוטי של החומר המכונה "מבודדים טופולוגי", אשר הוא מבודד בפנים, אבל מנצח על פני השטח. אחד המאפיינים הבולטים ביותר של מבודדים טופולוגי הוא כי אלקטרון חייב לנסוע בכיוון מסוים על פני השטח של החומר, שנקבע על ידי כיוון הספין שלה. תכונה זו ידועה בשם "ספין המומנטום נעילה".

"פני השטח של מבודדים טופולוגיים הם כמו כביש מפוצל מאורגן היטב עבור אלקטרונים, כאשר אלקטרונים בעלי כיוון ספין אחד נעים בכיוון אחד, בעוד שהאלקטרונים עם כיוון הספין הנגדי נוסעים בכיוון ההפוך, הם יכולים לנסוע במהירות בכיוונים שנקבעו להם ללא התנגשות וללא אובדן אנרגיה ", אומר יוקינג הואנג, Ph PhD סטודנט במחלקה לפיסיקה, כימיה וביולוגיה (IFM) באוניברסיטת לינקופינג.

תכונות אלה מבודדים טופולוגי מבטיח ליישומים ספינטרוני. עם זאת, אחת השאלות העיקריות היא כיצד ליצור ולטפל את פני השטח ספין הנוכחי בידוד טופולוגי.

צוות המחקר מאחורי המחקר הנוכחי עשה עכשיו את הצעד הראשון לקראת העברת אלקטרונים ספין מוכווני בין מבודדים טופולוגי מוליך למחצה קונבנציונאלי. הם יצרו אלקטרונים עם אותו ספין של גליום ארסניד, GaAs, מוליכים למחצה נפוץ אלקטרוניקה. כדי להשיג זאת, הם השתמשו באור מקוטב עגול, שבו השדה החשמלי מסתובב או בכיוון השעון או נגד כיוון השעון כאשר נראה בכיוון הנסיעה של האור. לאחר מכן, האלקטרונים המסתובבים ספין יכולים לעבור מ - GaAs למבודד טופולוגי, כדי ליצור זרם חשמלי כיווני על פני השטח. החוקרים יכלו לשלוט על הכיוון של הספין של האלקטרונים, ואת הכיוון ואת הכוח של הזרם החשמלי של טולולוגי מבודדים Telluride ביסמוט, Bi2Te3. גמישות זו על פי החוקרים לא היה זמין לפני. כל זה הושלם ללא הפעלת מתח חשמלי חיצוני, המדגים את הפוטנציאל של המרה יעילה מאנרגיה קלה לחשמל. הממצאים הם משמעותיים לתכנון של מכשירים ספינטרונים חדשים המנצלים את האינטראקציה של החומר עם אור, טכנולוגיה הידועה בשם "אופטו ספינטרוניקה".

"אנו משלבים את המאפיינים האופטיים העליונים של GaAs עם התכונות החשמליות הייחודיות של מבודדים טופולוגיים, דבר זה העניק לנו רעיונות חדשים לתכנון התקנים אופטו-ספינטרונים שיכולים לשמש לאחסון מידע יעיל וחזק, חילופי, עיבוד וקריאה ב- טכנולוגיית מידע עתידית ", אומר פרופ 'וויימן צ'ן, שהוביל את המחקר.

menu
menu