听
P氓 liknande s盲tt som jordklotet snurrar runt sin egen axel kan elektroners spinn liknas vid att de roterar medurs eller moturs. 鈥漇pinntronik鈥� 盲r elektronik som utnyttjar b氓de elektronens spinn och dess laddning. 脛n s氓 l盲nge 盲r till盲mpningarna begr盲nsade och tekniken anv盲nds fr盲mst i en del h氓rddiskar. Bland f枚rdelarna med spinntronik j盲mf枚rt med traditionell elektronik finns l盲gre energif枚rbrukning och h枚gre hastighet.
N盲r det g盲ller f枚rm氓gan att leda elektricitet delas naturliga material in i tre kategorier: ledare, halvledare och isolatorer. Forskare har nyligen uppt盲ckt ett exotiskt materietillst氓nd, topologiska isolatorer, som 盲r en isolator inuti men en ledare p氓 ytan. En av de mest sl氓ende egenskaperna hos topologiska isolatorer 盲r att en elektron m氓ste f盲rdas i en specifik riktning l盲ngs materialets yta, och den riktningen best盲ms av elektronens spinn.
鈥� Ytan p氓 en topologisk isolator 盲r som en v盲lorganiserad motorv盲g f枚r elektroner, d盲r elektroner med spinn i en riktning f盲rdas 氓t ett h氓ll, medan elektroner med motsatt spinn f盲rdas 氓t det andra h氓llet. De kan f盲rdas snabbt i sin best盲mda riktning utan att krocka och utan att f枚rlora energi, s盲ger Yuqing Huang, doktorand vid institutionen f枚r fysik, kemi och biologi, IFM, vid Link枚pings universitet.
Egenskaperna bidrar till att topologiska isolatorer anses lovande f枚r anv盲ndning i spinntronik. Men en central fr氓ga 盲r hur man ska alstra och manipulera str枚mmen p氓 topologiska isolatorers yta.
B盲ttre kontroll听
Forskarlaget bakom den aktuella studien, som publiceras i tidskriften Nature Communications,听har nu tagit ett f枚rsta steg mot att 枚verf枚ra elektroner med samma spin mellan en topologisk isolator och en vanlig halvledare.
De skapade elektroner med samma spinn i galliumarsenid, GaAs, en halvledare som ofta anv盲nds i elektronik. Detta gjorde de genom att anv盲nda cirkul盲rt polariserat ljus, i vilket det elektromagnetiska f盲ltet roterar antingen medurs eller moturs runt ljusets f盲rdriktning. De spinn-polariserade elektronerna kunde sedan 枚verf枚ras fr氓n GaAs till en topologisk isolator, och d盲r alstra en riktad elektrisk str枚m p氓 ytan. Forskarna kunde styra riktningen p氓 elektronernas spinn, och 盲ven riktningen och styrkan p氓 str枚mmen i den topologiska isolatorn vismuttellurid, Bi2Te3. Den h盲r flexibiliteten har enligt forskarna inte funnits tidigare. Forskarna kunde kontrollera str枚mmen utan att tillf枚ra elektrisk sp盲nning, vilket belyser m枚jligheten till effektiv omvandling fr氓n ljusenergi till elektricitet.
鈥� Det som 盲r riktigt intressant 盲r att GaAs som vi har anv盲nt h盲r 盲r en v盲lk盲nd halvledare som anv盲nds mycket i dag, i mobiltelefoner, solceller och optiska detektorer. Att integrera GaAs med topologiska isolatorer skulle ge en m枚jlighet att fullt ut dra nytta av f枚rdelarna hos en av de mest mogna halvledarteknologierna, s盲ger professor Irina Buyanova, en av forskarna bakom studien.
Fynden har betydelse f枚r design av nya spinntronikkomponenter som bygger p氓 interaktion mellan materia och ljus, s氓 kallad opto-spinntronik.
鈥� Vi kombinerar de 枚verl盲gsna optiska egenskaperna hos GaAs med de unika elektriska egenskaperna hos en topologisk isolator. Det h盲r har gett oss nya id茅er kring att utveckla opto-spinntronik som kan anv盲ndas f枚r effektiv och robust lagring, 枚verf枚ring och bearbetning av information i framtida informationsteknologier, s盲ger professor Weimin Chen, som har lett studien.
Forskningen gjordes i samarbete med forskare vid Chinese Academy of Sciences i Shanghai. Den finansierades med st枚d av bland annat Vetenskapsr氓det, regeringens strategiska satsning p氓 avancerade funktionella material (AFM) vid Link枚pings universitet, Stiftelsen f枚r strategisk forskning och Natural Science Foundation of China.
Publikation:, Y.Q. Huang, Y.X. Song, S.M. Wang, I.A. Buyanova, W.M. Chen, Nature Communications, 8, publicerad online 22 maj 2017, doi: 10.1038/ncomms15401
