I ricercatori del Tokyo Institute of Technology e della Nippon Telegraph and Telephone Corporation hanno sviluppato un "oscilloscopio con risoluzione di spin". Questo dispositivo è uno strumento di misura di base per la plasmonica e la spintronica, che sono tecnologie chiave per le future applicazioni elettroniche. L'accoppiamento della luce e delle cariche elettroniche nella plasmonica aprirà la strada all'elaborazione delle informazioni ad altissima velocità, considerando che la spintronica fornirà una tecnologia a basso consumo energetico in una società fortemente orientata all'informazione. L'oscilloscopio con risoluzione di spin apre la strada alla futura "spin-plasmonica, " dove si otterranno dispositivi a basso consumo energetico ad altissima velocità.

Un elettrone ha carica e spin, e entrambe le eccitazioni di carica e di densità di spin in un sistema elettronico possono essere utilizzate nell'elaborazione delle informazioni. La dinamica delle onde di carica-densità è stata studiata in plasmonica, e quella delle onde a densità di spin è stata studiata nel campo della spintronica. Però, meno sforzo è stato dedicato alla combinazione di queste due tecnologie e allo sviluppo dei previsti dispositivi ad altissima velocità e basso consumo energetico. Ad oggi, un grosso ostacolo che ha impedito la promozione di questo campo di ricerca è stata la mancanza di uno strumento di misura sensibile sia alla carica che allo spin.

Nel loro recente articolo, pubblicato in Fisica della natura , Il Dr. Masayuki Hashisaka della Tokyo Tech e colleghi hanno segnalato un "oscilloscopio con risoluzione di spin" che consente la misurazione delle forme d'onda dei segnali di carica e di spin nei dispositivi elettronici. Un oscilloscopio è uno strumento di misura di base utilizzato in elettronica; però, gli oscilloscopi convenzionali non facilitano la misurazione sia della carica che dello spin.

Il "segnale di carica" ​​è la carica totale delle densità di elettroni spin-up e -down. Ulteriore, il "segnale di spin" è la differenza tra le densità di elettroni spin-up e -down. Entrambi questi segnali che viaggiano in un dispositivo a semiconduttore possono essere rilevati dall'oscilloscopio con risoluzione di spin, che è composto da un filtro di spin e rilevatori di carica risolta nel tempo su scala nanometrica. Il filtro di spin separa gli elettroni spin-up e -down, mentre il rilevatore di carica risolta nel tempo misura le forme d'onda delle onde di densità di carica. Combinando questi dispositivi spintronici e plasmonici, l'oscilloscopio con risoluzione di spin è stabilito.

Usando questo oscilloscopio con risoluzione di spin, Hashisaka e colleghi hanno dimostrato misurazioni della forma d'onda di pacchetti d'onda di carica e densità di spin in un dispositivo a semiconduttore. Sono riusciti a osservare il processo di separazione spin-carica in un sistema elettronico unidimensionale (1D) composto da canali di bordo di Hall quantistici, che è un sistema prototipo per lo studio della dinamica degli elettroni 1D. Questo è stato il primo esperimento in cui una singola misurazione della forma d'onda di separazione di carica e spin ha consentito la stima di tutti i parametri di sistema rilevanti. Ulteriore, questa osservazione manifesta non solo l'utilità dell'oscilloscopio con risoluzione di spin, ma anche la possibilità di sviluppare nuovi dispositivi plasmonici e spintronici basati su materiali semiconduttori 1D.

L'oscilloscopio con risoluzione di spin promuoverà le indagini sia in plasmonica che in spintronica; Per esempio, questo dispositivo aiuterà gli studi sulla dinamica degli elettroni in vari sistemi 1D. Inoltre, l'oscilloscopio con risoluzione di spin aprirà la strada alla futura "spin-plasmonica, " dove si realizzeranno dispositivi ad altissima velocità e basso consumo energetico.