La moderna tecnologia informatica si basa sul trasporto di carica elettrica nei semiconduttori. Ma il potenziale di questa tecnologia raggiungerà i suoi limiti nel prossimo futuro, poiché i componenti distribuiti non possono essere ulteriormente miniaturizzati. Ma, c'è un'altra opzione:usando lo spin di un elettrone, invece della sua carica, trasmettere informazioni. Un team di scienziati di Monaco e Kyoto sta ora dimostrando come funziona.

Computer e dispositivi mobili continuano a fornire sempre più funzionalità. La base per questo aumento delle prestazioni è stata la miniaturizzazione progressivamente estesa. Però, esistono limiti fondamentali al grado di miniaturizzazione possibile, il che significa che non saranno possibili riduzioni arbitrarie delle dimensioni con la tecnologia dei semiconduttori.

I ricercatori di tutto il mondo stanno quindi lavorando su alternative. Un approccio particolarmente promettente riguarda la cosiddetta elettronica di spin. Questo sfrutta il fatto che gli elettroni possiedono, oltre a pagare, momento angolare - lo spin. Gli esperti sperano di utilizzare questa proprietà per aumentare la densità di informazioni e allo stesso tempo la funzionalità dell'elettronica futura.

Insieme ai colleghi dell'Università di Kyoto in Giappone, gli scienziati del Walther-Meißner-Institute (WMI) e dell'Università tecnica di Monaco (TUM) di Garching hanno ora dimostrato il trasporto di informazioni sugli spin a temperatura ambiente in un notevole sistema di materiali.

Uno strato limite unico

Nel loro esperimento, hanno dimostrato la produzione, trasporto e rilevamento di spin elettronici nello strato limite tra i materiali lantanio-alluminato (LaAlO2) e stronzio-titanato (SrTiO3). Ciò che rende unico questo sistema di materiali è che un materiale estremamente sottile, All'interfaccia tra i due materiali non conduttori si forma uno strato elettricamente conduttore:un cosiddetto gas di elettroni bidimensionale.

Il team tedesco-giapponese ha ora dimostrato che questo gas di elettroni bidimensionale trasporta non solo carica, ma anche girare. "Per raggiungere questo obiettivo abbiamo dovuto prima superare diversi ostacoli tecnici, " dice il dottor Hans Hübl, scienziato presso la cattedra di fisica tecnica della TUM e vicedirettore del Walther-Meißner-Institut. "Le due domande chiave erano:come può essere trasferito lo spin al gas di elettroni bidimensionale e come può essere dimostrato il trasporto?"

Trasporto di informazioni tramite spin

Gli scienziati hanno risolto il problema del trasferimento di spin utilizzando un contatto magnetico. La radiazione a microonde costringe i suoi elettroni in un movimento di precessione, analogo al movimento oscillatorio di una trottola. Proprio come in una cima, questo movimento non dura per sempre, ma piuttosto, si indebolisce nel tempo - in questo caso impartendo la sua rotazione al gas di elettroni bidimensionale.

Il gas di elettroni trasporta quindi le informazioni di spin a un contatto non magnetico situato a un micrometro vicino al contatto. Il contatto amagnetico rileva il trasporto di spin assorbendo lo spin, costruire un potenziale elettrico nel processo. La misurazione di questo potenziale ha permesso ai ricercatori di studiare sistematicamente il trasporto di spin e dimostrare la fattibilità di distanze fino a cento volte maggiori della distanza dei transistor di oggi.

Sulla base di questi risultati, il team di scienziati sta ora studiando fino a che punto i componenti elettronici di spin con nuove funzionalità possono essere implementati utilizzando questo sistema di materiali.