Göm menyn

Viktigt framsteg inom spinntronik

En fundamental byggsten inom spinntronik som hittills saknats har konstruerats av ett fysikerteam vid Linköpings universitet. Det handlar om världens första spinnförstärkare som kan användas i rumstemperatur.

Stora förhoppningar ställs på spinntronik som nästa stora paradigmskifte på elektronikområdet. Inom spinntroniken kombineras mikroelektronik, som bygger på elektronernas laddning, med den magnetism som elektronernas eget spinn ger upphov till. Detta lägger grunden för helt nya och fantasieggande tillämpningar. Ordet ”spinn” syftar på beskrivningen av att elektronerna spinner runt sig själva – ett fenomen som kan liknas vid jordens rotation runt sin egen axel.

Men för att teorierna ska kunna omsättas i praktiken krävs att de mycket svaga signalerna kan förstärkas. I stället för transistorer, likriktare etcetera utgörs spinntronikens byggstenar av bland annat spinnfilter, spinnförstärkare och spinndetektorer. Genom att styra och kontrollera elektronspinnet blir det möjligt att lagra data tätare och processa dem många gånger snabbare och energisnålare än med dagens teknik.

Professor Weimin Chen2009 presenterade en LiU-grupp vid Avdelningen för funktionella elektroniska material, ledd av professor Weimin Chen (bilden), en ny typ av spinnfilter som fungerar i rumstemperatur. Filtret släpper igenom elektroner med den önskade spinnriktningen och sorterar bort de andra. Den funktionen är avgörande för att kunna konstruera nya typer av komponenter som spinnlysdioder och spinnlasrar.

Nu släpper samma forskargrupp i samverkan med amerikanska och tyska kolleger en artikel i den högt rankade tidskriften Advanced Materials, där man presenterar en effektiv spinnförstärkare baserad på ett icke-magnetiskt halvledarmaterial. Förstärkningen uppstår genom att avsiktliga defekter i form av extra galliumatomer införts i legeringen av gallium, indium, kväve och arsenik.

En sådan komponent kan sättas in varsomhelst längs en spinntransportkedja för att förstärka signaler som försvagats under vägen. Genom att kombinera den med en spinndetektor kan det bli möjligt att avläsa även mycket svaga spinnsignaler.

– Det är ett framsteg som banar väg för att lösa problemen med att kontrollera och detektera elektronspinnet i rumstemperatur, vilket är en förutsättning för att spinntroniken ska kunna slå igenom, säger Weimin Chen.

SpinnförstärkareBilden: Vågmönstret symboliserar spinnsignalens tidsvariation, dvs skillnaden mellan antalet elektroner med olika spinnriktning. De färgade pilarna beskriver perioder med dominerande ”spinn-upp-elektroner” (röda) respektive ”spinn-ned-elektroner” (blå). Våghöjden visar styrkan i spinnsignalen, som är svag innan den kommer in i förstärkaren och blir allt starkare när den passerat igenom. Defekterna i materialet, fria galliumatomer, representeras av de gula bollarna som har varsin spinnpolariserad elektron. Spinnriktningen hos denna elektron anpassar sig genast efter den inkommande signalen, viket gör att inkommande elektroner med oönskad spinnriktning elimineras. På så vis förstärks spinnpolariseringen hos de elektroner som passerar. Resultatet blir en kraftigt förstärkt utgående signal med exakt samma tidsvariation och därmed samma information som insignalen. © Adv. Mater. 2012, DOI 10.1002/adma.20120597

Artikel: Room-temperature electron spin amplifier based on Ga(In)NAs alloys av Y. Puttisong, I.A. Buyanova, A.J. Ptak, C.W. Tu, L. Geelhaar, H. Richert och W.M. Chen. Advanced Materials online 26 oktober 2012.

Kontakt:
Weimin Chen, professor, 013-281795, 0705-121388, wmc@ifm.liu.se

Division of Functional Electronic Materials

 


Åke Hjelm 2012-11-15



Tidigare nyheter

Arkiv från 2009-10-06
 

Senaste LiU Magasin


Sidansvarig: ake.hjelm@liu.se
Senast uppdaterad: 2014-08-29