Stort framsteg för spinntroniken

Pressmeddelande

Presskontakt: Åke Hjelm
Telefon: 013-281395
Mobil: 013-281395
Fax: 013-282825

Teknikvetenskap
2009-02-17

Spinntronik är ett forskningsfält som väntas revolutionera mikroelektroniken. Men hittills har ingen lyckats få tekniken att fungera i rumstemperatur i en halvledare, som används i dagens mikro- och optoelektronik. En grupp ledd av fysiker vid Linköpings universitet presenterar nu i den högrankade vetenskapliga tidskriften Nature Materials en lösning som gör spinntroniken praktiskt användbar.

I klassisk elektronik är det elektronernas laddning som förmedlar informationen - en krets är antingen av eller på, 0 eller 1. Men elektronen har också en annan användbar egenskap, nämligen dess "spinn", vilket kan liknas vid jordens rotation runt sin egen axel. Genom att styra och kontrollera elektronspinnet är det möjligt att lagra data tätare och processa dem många gånger snabbare och med lägre energiförbrukning än med nuvarande teknik.

Spinntroniken öppnar vägen för integration av elektronik, fotonik och magnetik i en enda teknologi, med komponenter som har många olika funktioner. En stor utmaning har varit att i rumstemperatur effektivt skapa elektroner med samma spinn i en halvledare, som vanligtvis har samma antal spinn-upp och spinn-ned-elektroner.

Det problem som LiU-professorerna Weimin Chen och Irina Buyanova (Bouianova) och deras medarbetare nu löst handlar om att manipulera spinnet hos de elektroner som sitter på defekter i kristallstrukturen, så att en tillräckligt stor andel av ledningselektronerna får samma spinn. Till skillnad från tidigare åstadkoms detta i rumstemperatur, i ett icke-magnetiskt material och oberoende av yttre magnetfält.

Forskarna uppfann en ny typ av spinnfilter i ett halvledarmaterial bestående av gallium-kväve-arsenid (GaNAs). De har visat att filtret bara släpper igenom de elektroner som har den önskade spinnriktningen och sorterar bort de andra. Effekten kan liknas vid den i ett par polaroidglasögon, som omvandlar slumpmässigt orienterat ljus till ett polariserat, där alla vågor följer samma bana.

Principen i det nya spinnfiltret bygger på att man fört in defekter i halvledarmaterialets kristallstruktur. Defekter betraktas vanligen som skadliga för materialet och komponenterna, eftersom de "stjäl" elektroner och därmed hindrar dem från att leda ström eller sända ut ljus. Men när man manipulerar deras spinn blir "bovarna" i stället "hjältar" eftersom de tvingas att enbart stjäla elektroner med önskat spinn.

- Vår uppfinning öppnar vägen för att konstruera elektroniska komponenter som till exempel kan förbättra verkan i existerande lysdioder och lasrar. Den kan också användas för att skapa nya typer av spinntronikkomponenter som spinnlysdioder, spinnlasrar och spinntransistorer. Vi förväntar oss att detta nya koncept för spinnfilter kommer att tillämpas på andra material inom en rad olika användningsområden, säger Weimin Chen.

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

Referenslänk: X.J. Wang et al: Room temperature defect-engineered spin filter based on a non-magnetic semiconductor. Nature Materials AOP