In un transistor di spin Rashba-Dresselhaus, lo spin degli elettroni potrebbe essere interrotto dall'accoppiamento spin-fonone o dalla distribuzione del campo magnetico interno non ideale. Credito:Jian Shi
Man mano che i nostri dispositivi diventano più piccoli, più veloci, più efficienti dal punto di vista energetico e in grado di contenere quantità maggiori di dati, la spintronica potrebbe continuare quella traiettoria. Mentre l'elettronica si basa sul flusso di elettroni, la spintronica si basa sullo spin degli elettroni.
Un elettrone ha un grado di libertà di spin, il che significa che non solo mantiene una carica ma agisce anche come un piccolo magnete. Nella spintronica, un compito chiave è utilizzare un campo elettrico per controllare lo spin dell'elettrone e ruotare il polo nord del magnete in una determinata direzione.
Il transistor spintronico ad effetto di campo sfrutta il cosiddetto effetto di accoppiamento spin-orbita di Rashba o Dresselhaus, il che suggerisce che si può controllare lo spin dell'elettrone mediante un campo elettrico. Sebbene il metodo sia promettente per un'elaborazione efficiente e ad alta velocità, alcune sfide devono essere superate prima che la tecnologia raggiunga il suo vero potenziale, in miniatura ma potente ed ecologico.
Per decenni, gli scienziati hanno tentato di utilizzare i campi elettrici per controllare lo spin a temperatura ambiente, ma ottenere un controllo efficace è stato difficile. In una ricerca recentemente pubblicata su Nature Photonics , un gruppo di ricerca guidato da Jian Shi e Ravishankar Sundararaman del Rensselaer Polytechnic Institute e Yuan Ping dell'Università della California a Santa Cruz ha fatto un passo avanti nella risoluzione del dilemma.
"Vuoi che il campo magnetico di Rashba o Dresselhaus sia grande per velocizzare il processo di rotazione degli elettroni", ha affermato il dottor Shi, professore associato di scienza dei materiali e ingegneria. "Se è debole, lo spin dell'elettrone procede lentamente e ci vorrebbe troppo tempo per accendere o spegnere il transistor di spin. Tuttavia, spesso un campo magnetico interno più ampio, se non organizzato bene, porta a uno scarso controllo dello spin dell'elettrone."
Il team ha dimostrato che un cristallo di perovskite a strati di van der Waals ferroelettrico che trasportava una simmetria cristallina unica e un forte accoppiamento spin-orbita era un materiale modello promettente per comprendere la fisica dello spin di Rashba-Dresselhaus a temperatura ambiente. Le sue proprietà optoelettroniche a temperatura ambiente legate allo spin non volatili e riconfigurabili possono ispirare lo sviluppo di importanti principi di progettazione per abilitare un transistor a effetto campo di spin a temperatura ambiente.
Le simulazioni hanno rivelato che questo materiale era particolarmente eccitante, secondo il dottor Sundararaman, professore associato di scienza dei materiali e ingegneria. "Il campo magnetico interno è contemporaneamente ampio e perfettamente distribuito in un'unica direzione, il che consente agli spin di ruotare in modo prevedibile e in perfetto concerto", ha affermato. "Questo è un requisito fondamentale per utilizzare gli spin per trasmettere informazioni in modo affidabile."
"È un passo avanti verso la realizzazione pratica di un transistor spintronico", ha detto il dottor Shi. + Esplora ulteriormente
