В спиновом транзисторе Рашба-Дрессельхауса вращение электронов может быть нарушено спин-фононной связью или неидеальным распределением внутреннего магнитного поля. Кредит: Цзянь Ши

По мере того, как наши устройства становятся меньше, быстрее, энергоэффективнее и способны хранить большие объемы данных, спинтроника может продолжить эту траекторию. В то время как электроника основана на потоке электронов, спинтроника основана на вращении электронов.

Электрон имеет спиновую степень свободы, а это означает, что он не только удерживает заряд, но и действует как маленький магнит. В спинтронике ключевой задачей является использование электрического поля для управления спином электрона и вращения северного полюса магнита в любом заданном направлении.

Спинтронный полевой транзистор использует так называемый эффект спин-орбитальной связи Рашбы или Дрессельхауса, который предполагает, что можно управлять вращением электрона с помощью электрического поля . Хотя этот метод обещает эффективные и высокоскоростные вычисления, необходимо преодолеть определенные проблемы, прежде чем технология достигнет своего истинного, миниатюрного, но мощного и экологически чистого потенциала.

В течение десятилетий ученые пытались использовать электрические поля для управления вращением при комнатной температуре, но добиться эффективного контроля было трудно. В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Photonics , исследовательская группа во главе с Цзяном Ши и Равишанкаром Сундарараманом из Политехнического института Ренсселера и Юанем Пингом из Калифорнийского университета в Санта-Круз сделала шаг вперед в решении этой дилеммы.

«Вы хотите, чтобы магнитное поле Рашбы или Дрессельхауса было большим, чтобы спин электрона быстро прецессировал», — сказал доктор Ши, доцент кафедры материаловедения и инженерии. «Если оно слабое, спин электрона прецессирует медленно, и для включения или выключения спинового транзистора потребуется слишком много времени. Однако часто большее внутреннее магнитное поле, если оно не организовано должным образом, приводит к плохому контролю электронного спина».

Команда продемонстрировала, что сегнетоэлектрический многослойный кристалл перовскита Ван-дер-Ваальса, обладающий уникальной кристаллической симметрией и сильной спин-орбитальной связью, является многообещающим модельным материалом для понимания физики вращения Рашба-Дрессельхауса при комнатной температуре. Его энергонезависимые и реконфигурируемые оптоэлектронные свойства, связанные со спином при комнатной температуре, могут вдохновить на разработку важных принципов проектирования, позволяющих создать спин-полевой транзистор, работающий при комнатной температуре.

По словам доктора Сундарарамана, доцента кафедры материаловедения и инженерии, моделирование показало, что этот материал был особенно захватывающим. «Внутреннее магнитное поле одновременно велико и идеально распределено в одном направлении, что позволяет спинам вращаться предсказуемо и идеально согласованно», — сказал он. «Это ключевое требование для использования спинов для надежной передачи информации».

«Это шаг вперед к практической реализации спинтронного транзистора», — сказал доктор Ши.