La spintronica è un campo emergente in cui lo spin degli elettroni, piuttosto che la carica, viene utilizzato per elaborare i dati. Sfortunatamente, la rotazione dura solo per un tempo molto breve, rendendo difficile lo sfruttamento in elettronica. Ricercatori del Kavli Institute of Nanoscience della TU Delft, collaborando con l'istituto AMOLF dell'Organizzazione olandese per la ricerca scientifica, hanno ora trovato un modo per convertire le informazioni di spin in un segnale luminoso prevedibile a temperatura ambiente. La scoperta avvicina i mondi della spintronica e della nanofotonica e potrebbe portare allo sviluppo di un modo efficiente dal punto di vista energetico di elaborare i dati, nei data center, Per esempio. I ricercatori hanno reso conto dei loro risultati in Scienza .

La ricerca ha riguardato una nano-costruzione costituita da due componenti:un sottilissimo filo d'argento, e un materiale 2-D chiamato disolfuro di tungsteno. I ricercatori hanno attaccato il filo d'argento a una fetta di disolfuro di tungsteno che misura solo quattro atomi di spessore. Usando la luce polarizzata circolarmente, hanno creato i cosiddetti "eccitoni" con una specifica direzione di rotazione. La direzione di tale rotazione potrebbe essere inizializzata utilizzando la direzione di rotazione della luce laser.

Stato originale

Gli eccitoni sono in realtà elettroni che sono rimbalzati fuori dalla loro orbita. Con questa tecnica, il raggio laser assicura che gli elettroni vengano lanciati in un'orbita più ampia attorno a un foro caricato positivamente allo stesso modo di un atomo di idrogeno. Gli eccitoni così creati vogliono tornare al loro stato originario. Al loro ritorno nell'orbita più piccola, emettono energia sotto forma di luce. Questa luce contiene le informazioni di rotazione, ma viene emesso in tutte le direzioni.

Per utilizzare le informazioni di rotazione, i ricercatori di Delft sono tornati a una scoperta precedente. Avevano dimostrato che quando la luce si muove lungo un nanofilo, è accompagnato da un campo elettromagnetico rotante molto vicino al filo:gira in senso orario su un lato del filo, e in senso antiorario dall'altro lato. Quando la luce si muove nella direzione opposta, le direzioni di rotazione cambiano, pure. Quindi la direzione di rotazione locale del campo elettromagnetico è bloccata uno a uno nella direzione in cui la luce viaggia lungo il filo. "Usiamo questo fenomeno come un tipo di combinazione di serratura, " spiega Kuipers. "Un eccitone con una particolare direzione di rotazione può emettere luce lungo il filo solo se le due direzioni di rotazione corrispondono".

Interruttori optoelettronici

Viene creato un collegamento diretto tra le informazioni di spin e la direzione di propagazione della luce lungo il nanofilo. Funziona quasi perfettamente:le informazioni di rotazione vengono "lanciate" nella giusta direzione lungo il filo nel 90% dei casi. In questo modo, le fragili informazioni di rotazione possono essere attentamente convertite in un segnale luminoso e trasportate su distanze molto maggiori. Grazie a questa tecnica, che funziona a temperatura ambiente, puoi facilmente creare nuovi circuiti optoelettronici. Kuipers:"Non hai bisogno di un flusso di elettroni, e non viene rilasciato calore. Questo lo rende un modo a basso consumo energetico per trasferire le informazioni".

La scoperta apre la strada alla combinazione dei mondi della spintronica e della nanofotonica. Kuipers:"Questa combinazione potrebbe portare a strategie di elaborazione delle informazioni ecologiche su scala nanometrica".

In uno studio separato pubblicato nello stesso numero di Scienza oggi, anche altri ricercatori del Kavli Institute of Nanoscience della TU Delft hanno trovato un modo per trasferire le informazioni sugli spin ai fotoni.