Прорыв, который делает возможным практическую полупроводниковую спинтронику

Возможно, в будущем появится возможность использовать информационные , в которых спин электрона будет использоваться для хранения, обработки и передачи информации в квантовых компьютерах. Задача ученых — использовать спиновые квантовые информационные технологии при комнатной температуре. Группа исследователей из Швеции, Финляндии и Японии создала полупроводниковый компонент, в котором можно эффективно обмениваться информацией между электронным спином и светом при комнатной температуре и выше. Новый метод описан в статье, опубликованной в Фотоника.


Хорошо известно, что электроны имеют отрицательный заряд, а также обладают другим свойством, а именно спином. Последнее может сыграть важную роль в развитии информационных технологий. Проще говоря, мы можем представить электрон, вращающийся вокруг своей оси, подобно тому, как вращается вокруг своей оси. Спинтроника — многообещающий кандидат на будущие информационные технологии — использует это квантовое свойство электронов для хранения, обработки и передачи информации. Это дает важные преимущества, такие как более высокая и меньшее потребление энергии по сравнению с традиционной электроникой.

спинтроники в последние десятилетия было основано на использовании металлов, и это имело большое значение для возможности хранения больших объемов данных. Однако было бы несколько преимуществ в использовании спинтроники на основе полупроводников, точно так же, как составляют основу современной электроники и фотоники.

«Одним из важных преимуществ спинтроники, основанной на полупроводниках, является возможность преобразовывать информацию, представленную спиновым состоянием, и передавать ее в свет, и наоборот. Эта технология известна как опто-спинтроника. Она позволила бы интегрировать информацию обработка и хранение на основе вращения с передачей информации через свет », — говорит Веймин Чен, профессор Университета Линчёпинга, Швеция, который руководил проектом.

Поскольку , используемая сегодня, работает при комнатной температуре и выше, серьезной проблемой в развитии спинтроники было то, что электроны имеют тенденцию переключать и случайным образом изменять направление своего вращения при повышении температуры. Это означает, что , закодированная в электронных спиновых состояниях, теряется или становится неоднозначной. Таким образом, необходимым условием для развития спинтроники на основе полупроводников является то, что мы можем ориентировать практически все электроны в одно и то же спиновое состояние и поддерживать его, другими словами, чтобы они были поляризованными по спину, при комнатной температуре и более высоких температурах. Предыдущие исследования позволили достичь максимальной спиновой поляризации электронов около 60% при комнатной температуре, что неприемлемо для крупномасштабных практических приложений.

Исследователи из Университета Линчёпинга, Университета Тампере и Университета Хоккайдо достигли спиновой поляризации электронов при комнатной температуре более 90%. Спиновая поляризация остается на высоком уровне даже до 110 ° C. Этот технологический прогресс, описанный в Природа Фотоника, основана на опто-спинтронной наноструктуре, которую исследователи построили из слоев различных полупроводниковых материалов. Он содержит наноразмерные области, называемые квантовыми точками. Каждая квантовая точка примерно в 10 000 раз меньше толщины человеческого волоса. Когда спин-поляризованный электрон падает на квантовую точку, он излучает свет, а точнее, излучает одиночный фотон с состоянием (угловым моментом), определяемым спином электрона. Таким образом, считается, что квантовые точки обладают большим потенциалом в качестве интерфейса для передачи информации между электронным спином и светом, что будет необходимо в спинтронике, фотонике и квантовых вычислениях. В недавно опубликованном исследовании ученые показывают, что можно использовать соседний спиновой фильтр для удаленного управления электронным спином квантовых точек при комнатной температуре.

Квантовые точки сделаны из арсенида индия (InAs), а слой арсенида азота галлия (GaNAs) функционирует как фильтр спина. Между ними зажат слой арсенида галлия (GaAs). Подобные структуры уже используются в оптоэлектронных технологиях на основе арсенида галлия, и исследователи считают, что это может облегчить интеграцию спинтроники с существующими электронными и фотонными компонентами.

«Мы очень рады, что наши долгосрочные усилия по увеличению опыта, необходимого для производства строго контролируемых N-содержащих полупроводников, определяют новый рубеж в спинтронике. До сих пор у нас был хороший уровень успеха при использовании таких материалов для оптоэлектроники. «, — говорит профессор Мирча. — В последнее время мы надеемся продолжить эту работу и объединить фотонику и спинтронику, используя общую платформу для световых и спиновых квантовых технологий. Гуина, руководитель исследовательской группы Университета Тампере в Финляндии.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments