A filtragem de rotação pode ser a chave para mais rapidez, comutação mais eficiente em termos de energia na futura tecnologia spintrônica, permitindo a detecção de spin por meios elétricos em vez de magnéticos.

Um artigo da UNSW publicado no mês passado demonstra a detecção de spin usando um filtro de spin para separar a orientação do spin de acordo com suas energias.

Ultra rápido, dispositivos 'spintrônicos' de ultra-baixa energia são empolgantes, além da tecnologia CMOS.

Detecção de spin por meios elétricos na futura spintrônica

O campo emergente de dispositivos spintrônicos usa o grau extra de liberdade oferecido pelo spin quântico das partículas, além de sua carga, permitindo ultra-rápido, computação de energia ultrabaixa.

A chave é a capacidade de gerar e detectar o giro à medida que se acumula na superfície de um material.

O objetivo dos pesquisadores é gerar e detectar o spin por meios elétricos, ao invés de meios magnéticos, porque a geração de campos elétricos é muito menos dispendiosa do que os campos magnéticos.

A spintrônica com eficiência energética depende tanto da geração quanto da detecção de spin por meios elétricos.

Em sistemas semicondutores com forte acoplamento spin-órbita, a geração totalmente elétrica de spin já foi demonstrada com sucesso.

Contudo, detecção de conversão de rotação para carga sempre exigiu uma grande variedade de campos magnéticos, limitando assim a velocidade e praticidade.

Neste novo estudo, Os pesquisadores da UNSW exploraram as interações não lineares entre o acúmulo de spin e as correntes de carga em buracos de arsenieto de gálio, demonstrando a conversão totalmente elétrica de spin para carga sem a necessidade de um campo magnético.

"Nossa técnica promete novas possibilidades para detecção rápida de rotação em uma ampla variedade de materiais, sem usar um campo magnético, "explica a autora principal, Dra. Elizabeth Marcellina.

Anteriormente, geração e detecção de acúmulo de spin em semicondutores foi alcançada por meio de métodos ópticos, ou através do par de efeito Hall de rotação-efeito Hall de rotação inversa.

Contudo, esses métodos requerem um grande comprimento de difusão de spin, o que significa que eles não são aplicáveis ​​a materiais fortemente acoplados a spin-órbita com comprimento de difusão de spin curto.

Filtragem giratória totalmente elétrica

O estudo UNSW apresenta um novo método para detectar o acúmulo de spin - usando um filtro de spin, que separa diferentes orientações de spin com base em suas energias.

Tipicamente, filtros de rotação têm contado com a aplicação de grandes campos magnéticos, o que é impraticável e pode interferir no acúmulo de spin.

Em vez de, a equipe UNSW explorou interações não lineares entre o acúmulo de spin e carga, que facilitam a conversão do acúmulo de spin em correntes de carga, mesmo em campo magnético zero.

"Usando balística, buracos mesoscópicos de arsenieto de gálio como um sistema modelo para materiais fortemente spin-órbita acoplados, demonstramos a conversão não linear de rotação para carga que é totalmente elétrica e não requer campo magnético, "diz o autor correspondente A / Prof Dimi Culcer (UNSW).

"Mostramos que a conversão não linear de rotação para carga é totalmente consistente com os dados obtidos a partir de medições de resposta linear e ordens de magnitude mais rápidas, "diz o autor correspondente, Prof Alex Hamilton, também na UNSW.

Como o método não linear não precisa de um campo magnético nem de um comprimento de difusão de spin longo, ele promete novas possibilidades para a detecção rápida de acúmulo de spin em materiais fortemente spin-órbita acoplados com comprimentos de difusão de spin curtos, como TMDCs e materiais topológicos.

Finalmente, a rapidez da conversão não linear de rotação para carga pode permitir a leitura resolvida no tempo do acúmulo de rotação até a resolução de 1 nanossegundo.