El filtrado de vueltas podría ser la clave para conmutación más eficiente desde el punto de vista energético en la tecnología espintrónica del futuro, permitiendo la detección de espín por medios eléctricos en lugar de magnéticos.

Un artículo de la UNSW publicado el mes pasado demuestra la detección de espín usando un filtro de espín para separar la orientación de espín según sus energías.

Ultrarrápido, Los dispositivos 'espintrónicos' de energía ultrabaja son emocionantes, más allá de la tecnología CMOS.

Detectar el espín a través de medios eléctricos en la espintrónica del futuro

El campo emergente de los dispositivos espintrónicos utiliza el grado extra de libertad que ofrece el espín cuántico de las partículas, además de su cargo, permitiendo ultrarrápido, cálculo de energía ultrabaja.

La clave es la capacidad de generar y detectar el giro a medida que se acumula en la superficie de un material.

El objetivo de los investigadores es generar y detectar espín a través de medios eléctricos, en lugar de medios magnéticos, porque los campos eléctricos son mucho menos costosos energéticamente de generar que los campos magnéticos.

La espintrónica energéticamente eficiente depende tanto de la generación como de la detección de espín a través de medios eléctricos.

En sistemas semiconductores fuertemente acoplados en órbita de espín, La generación totalmente eléctrica de espín ya se ha demostrado con éxito.

Sin embargo, La detección de la conversión de espín a carga siempre ha requerido una amplia gama de campos magnéticos, limitando así la velocidad y practicidad.

En este nuevo estudio, Los investigadores de la UNSW han explotado las interacciones no lineales entre la acumulación de espín y las corrientes de carga en los orificios de arseniuro de galio, demostrando conversión totalmente eléctrica de espín a carga sin la necesidad de un campo magnético.

"Nuestra técnica promete nuevas posibilidades para la detección rápida de giro en una amplia variedad de materiales, sin utilizar un campo magnético, "explica la autora principal, la Dra. Elizabeth Marcellina.

Previamente, La generación y detección de acumulación de espines en semiconductores se ha logrado mediante métodos ópticos. o mediante el par efecto Hall de giro-efecto Hall de giro inverso.

Sin embargo, estos métodos requieren una gran longitud de difusión de giro, lo que significa que no son aplicables a materiales fuertemente acoplados en órbita de espín con una longitud de difusión de espín corta.

Filtrado de giro totalmente eléctrico

El estudio de la UNSW presenta un nuevo método para detectar la acumulación de espines, utilizando un filtro de espín, que separa diferentes orientaciones de giro en función de sus energías.

Típicamente, Los filtros de giro se han basado en la aplicación de grandes campos magnéticos, lo cual no es práctico y puede interferir con la acumulación de espín.

En lugar de, el equipo de UNSW aprovechó las interacciones no lineales entre la acumulación de espines y la carga, que facilitan la conversión de la acumulación de espín en corrientes de carga incluso con un campo magnético nulo.

"Usando balística, agujeros mesoscópicos de arseniuro de galio como sistema modelo para materiales fuertemente acoplados en órbita de espín, Demostramos una conversión de espín a carga no lineal que es totalmente eléctrica y no requiere campo magnético, "dice el autor correspondiente, A / Prof Dimi Culcer (UNSW).

"Demostramos que la conversión de espín a carga no lineal es totalmente consistente con los datos obtenidos de las mediciones de respuesta lineal y es órdenes de magnitud más rápida, "dice el autor correspondiente, el profesor Alex Hamilton, también en UNSW.

Debido a que el método no lineal no necesita un campo magnético ni una longitud de difusión de espín larga, promete nuevas posibilidades para la detección rápida de la acumulación de espines en materiales fuertemente acoplados en órbita de espín con longitudes de difusión de espín cortas, como TMDC y materiales topológicos.

Finalmente, la rapidez de la conversión de espín a carga no lineal puede permitir una lectura resuelta en el tiempo de la acumulación de espín con una resolución de hasta 1 nanosegundo.