Il filtraggio dello spin potrebbe essere la chiave per velocizzare, commutazione più efficiente dal punto di vista energetico nella futura tecnologia spintronica, consentendo il rilevamento dello spin con mezzi elettrici anziché magnetici.

Un articolo dell'UNSW pubblicato il mese scorso dimostra il rilevamento degli spin utilizzando un filtro di spin per separare l'orientamento degli spin in base alle loro energie.

Ultra veloce, i dispositivi "spintronici" a bassissima energia sono un eccitante, oltre la tecnologia CMOS.

Rilevare lo spin tramite mezzi elettrici nella futura spintronica

Il campo emergente dei dispositivi spintronici utilizza il grado di libertà extra offerto dallo spin quantistico delle particelle, oltre alla sua carica, consentendo ultraveloci, calcolo a bassissima energia.

La chiave è la capacità di generare e rilevare la rotazione mentre si accumula sulla superficie di un materiale.

L'obiettivo dei ricercatori è generare e rilevare lo spin tramite mezzi elettrici, piuttosto che mezzi magnetici, perché i campi elettrici sono molto meno costosi dal punto di vista energetico da generare rispetto ai campi magnetici.

La spintronica ad alta efficienza energetica dipende sia dalla generazione che dal rilevamento dello spin tramite mezzi elettrici.

Nei sistemi a semiconduttore fortemente spin-orbita accoppiati, la generazione di spin completamente elettrica è già stata dimostrata con successo.

Però, il rilevamento della conversione da spin a carica ha sempre richiesto un'ampia gamma di campi magnetici, limitando così la velocità e la praticità.

In questo nuovo studio, I ricercatori dell'UNSW hanno sfruttato le interazioni non lineari tra l'accumulo di spin e le correnti di carica nei fori di arseniuro di gallio, dimostrando la conversione completamente elettrica da spin a carica senza la necessità di un campo magnetico.

"La nostra tecnica promette nuove possibilità per il rilevamento rapido della rotazione in un'ampia varietà di materiali, senza utilizzare un campo magnetico, " spiega l'autore principale Dr. Elizabeth Marcellina.

In precedenza, la generazione e il rilevamento dell'accumulo di spin nei semiconduttori è stato ottenuto mediante metodi ottici, o tramite la coppia effetto Hall di spin-effetto Hall di spin inverso.

Però, questi metodi richiedono una grande lunghezza di diffusione di spin, il che significa che non sono applicabili a materiali fortemente accoppiati spin-orbita con breve lunghezza di diffusione di spin.

Filtraggio di rotazione completamente elettrico

Lo studio UNSW introduce un nuovo metodo per rilevare l'accumulo di spin, utilizzando un filtro di spin, che separa diversi orientamenti di spin in base alle loro energie.

Tipicamente, filtri spin hanno fatto affidamento sull'applicazione di grandi campi magnetici, che è poco pratico e può interferire con l'accumulo di spin.

Anziché, il team dell'UNSW ha sfruttato le interazioni non lineari tra l'accumulo di spin e la carica, che facilitano la conversione dell'accumulo di spin in correnti di carica anche a campo magnetico nullo.

"Usando balistico, fori mesoscopici di gallio-arseniuro come sistema modello per materiali fortemente accoppiati spin-orbita, abbiamo dimostrato una conversione da spin a carica non lineare che è completamente elettrica e non richiede campo magnetico, " dice l'autore corrispondente A/Prof Dimi Culcer (UNSW).

"Abbiamo dimostrato che la conversione da spin a carica non lineare è pienamente coerente con i dati ottenuti dalle misurazioni della risposta lineare ed è di ordini di grandezza più veloce, ", afferma l'autore corrispondente, il prof. Alex Hamilton, anche all'UNSW.

Poiché il metodo non lineare non richiede un campo magnetico né una lunga lunghezza di diffusione di spin, promette nuove possibilità per il rilevamento rapido dell'accumulo di spin in materiali fortemente accoppiati a spin-orbita con brevi lunghezze di diffusione di spin, come TMDC e materiali topologici.

Finalmente, la rapidità della conversione non lineare da spin a carica può consentire la lettura risolta nel tempo dell'accumulo di spin fino a una risoluzione di 1 nanosecondo.