Un team multidisciplinare di ricercatori UC è il primo a trovare un modo innovativo e nuovo per controllare l'orientamento dello spin di un elettrone utilizzando mezzi puramente elettrici.

I loro risultati sono stati recentemente pubblicati sulla prestigiosa rivista giornale di alto profilo" Nanotecnologia della natura , " in un articolo intitolato "Spin-Polarizer a contatto con punti quantici completamente elettrici".

Per decenni, i transistor all'interno delle radio, televisori e altri oggetti elettronici di uso quotidiano hanno trasmesso dati controllando il movimento della carica di un elettrone. Da allora gli scienziati hanno scoperto che i transistor che funzionano controllando lo spin di un elettrone invece della sua carica userebbero meno energia, generano meno calore e funzionano a velocità più elevate. Ciò ha portato a un nuovo campo di ricerca - l'elettronica di spin o la spintronica - che offre uno dei paradigmi più promettenti per lo sviluppo di nuovi dispositivi da utilizzare nell'era post-CMOS (complementare metallo-ossido-semiconduttore).

Fino ad ora, gli scienziati hanno tentato di sviluppare transistor di spin incorporando ferromagneti locali nelle architetture dei dispositivi. Ciò si traduce in notevoli complessità di progettazione, soprattutto in considerazione della crescente domanda di transistor sempre più piccoli, "dice Philippe Debray, professore di ricerca presso il Dipartimento di Fisica del McMicken College of Arts &Sciences. "Un modo molto migliore e pratico per manipolare l'orientamento dello spin di un elettrone sarebbe usare mezzi puramente elettrici, come l'accensione e lo spegnimento di una tensione elettrica. Questa sarà la spintronica senza ferromagnetismo o spintronica completamente elettrica, il Santo Graal della spintronica dei semiconduttori."

Il team di ricercatori guidato da Debray e dal professor Marc Cahay (Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica) è il primo a trovare un modo innovativo e nuovo per controllare l'orientamento dello spin di un elettrone utilizzando mezzi puramente elettrici.

"Abbiamo usato un punto di contatto quantistico - un filo quantico corto - fatto dall'arseniuro di indio semiconduttore per generare una corrente fortemente polarizzata con spin regolando il potenziale confinamento del filo da tensioni di polarizzazione delle porte che lo creano, "dice Debray.

Nel diagramma a sinistra, (Sinistra) La micrografia elettronica a scansione del punto di contatto quantistico illustra schematicamente gli elettroni non polarizzati (spin up e spin down) incidenti a sinistra che escono dal dispositivo spin-polarizzato con spin up. (Destra) Distribuzione spaziale della polarizzazione di spin nella costrizione quantistica di contatto del punto.

Debray continua, "La condizione chiave per il successo dell'esperimento è che il potenziale confinamento del filo deve essere asimmetrico - i bordi opposti trasversali del contatto del punto quantistico devono essere asimmetrici. Ciò è stato ottenuto sintonizzando le tensioni di gate. Questa asimmetria consente agli elettroni - grazie agli effetti relativistici - per interagire con l'ambiente circostante tramite l'accoppiamento spin-orbita ed essere polarizzati. L'accoppiamento innesca la polarizzazione dello spin e l'interazione elettrone-elettrone di Coulomb la migliora. "

Il controllo elettronico della rotazione ha importanti implicazioni per lo sviluppo futuro dei dispositivi di rotazione. Il lavoro del team di Debray è il primo passo. Il prossimo passo sperimentale sarebbe quello di ottenere gli stessi risultati a una temperatura più elevata utilizzando un materiale diverso come l'arseniuro di gallio.

Fonte:Università di Cincinnati (notizie:web)