Nowe urządzenie obietnicą dla rozwoju opto-spintroniki

Fot. Pixabay CC0

Szwedzcy badacze proponują nową koncepcję urządzenia, które zamienia informacje przenoszone przez spin elektronowy na światło w temperaturze pokojowej. Jest to krok w kierunku nowej technologii informacyjnej.

Obecnie, zarówno światło, jak i ładunek elektronów są głównymi nośnikami do przetwarzania i przesyłania informacji. Aby jeszcze bardziej usprawnić technologię informacyjną badacze na całym świecie badają inną ich właściwość – mianowicie spin. Dział elektroniki wykorzystujący zarówno tę cechę, jak i ładunek elektronu to "spintronika". Z kolei spinem nazywamy ruch elektronów wobec własnej osi. Jako że może on zachodzić w dwie strony, stan elektronu pod jego względem można opisać dwojako: jako 0 i 1, zatem można w ten sposób zakodować informacje.

Tak zakodowane informacje mogą zostać przekształcone w światło, które przenosi tę informacje dalej przez światłowody. Otwiera to możliwości przyszłej technologii informacyjnej, która opiera się na zasadzie, że stan spinowy elektronu determinuje właściwości emitowanego światła. Jest to światło chiralne, w którym pole elektryczne obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie, a zależy to od kierunku obrotu elektronu. Nie jest to jednak tak oczywiste jak się wydaje.

Weimin Chen z Wydziału Fizyki, Chemii i Biologii IFM na Uniwersytecie Linköping wyjaśnia: "Głównym problemem jest to, że elektrony łatwo tracą swoje orientacje spinowe wraz ze wzrostem temperatury. Kluczowym elementem dla przyszłych zastosowań światła spinowego jest skuteczny kwantowy transfer informacji w temperaturze pokojowej, ale wtedy orientacja spinów elektronowych jest prawie losowa, informacje są tracone lub zbyt niejasne, aby można je było niezawodnie przekształcać w wyraźne chiralne światło".

Naukowcy z Uniwersytetu w Linköping i Królewskiego Instytutu Technologii opracowali skuteczny interfejs, który może nie tylko utrzymać, a nawet wzmocnić sygnały spinowe elektronów w temperaturze pokojowej. Co więcej, może również przekształcać te w odpowiadające chiralne sygnały świetlne przemieszczające się w pożądanym kierunku". Jego kluczowym elementem są małe dyski, zbudowane z arsenku azotu i galu, które są ułożone jeden na drugim. Do materiału badacze wprowadzili niewielkie defekty, które działają jak filtry, odprowadzając elektrony o niechcianej orientacji spinowej.

Zespół wyraża nadzieję, że proponowane przez nich urządzenie zainspiruje nowe projekty w nowej dziedzinie, jaką jest opto-spintronika.

(KB)