EO

Ontdekking brengt analoge spintronica dichterbij

04 januari 2021 om 10:51 uur

De observatie dat de spin van elektronen zich in grafeen niet-lineair kan gedragen maakt het eenvoudiger om spinsignalen te transporteren, manipuleren of detecteren of om spin in lading om te zetten. Daarnaast biedt het mogelijkheden voor analoge toepassingen zoals amplitudemodulatie en versterking van spinsignalen. Hiermee komt spintronica op het punt waar gewone elektronica zich bevond na de introductie van de eerste transistoren.


Deze conclusies van RUG-natuurkundigen zijn gepubliceerd in Physical Review A.

 

Grafeen kan spins uitstekend geleiden, maar het is lastig om spins hierin te manipuleren (bijvoorbeeld omschakelen). Daarom zijn ferromagneten nodig bij injectie en detectie van spins en materialen die bestaan uit zware atomen om het mogelijk te maken de spins te manipuleren. Maar nu hebben RUG-wetenschappers aangetoond dat er in elektronen-spins niet-lineaire effecten zijn op te wekken met behulp van het 2D materiaal boornitride.

 

Eerder lieten zij al zien dat injectie van spin in grafeen via boornitride waardoor een kleine regelstroom loopt, een veel sterkere spinstroom oplevert. Dit betekent dat er een groot verschil is tussen de aantallen spin-op en spin-neer elektronen, oftewel een groot verschil in spin-polarisatie. Nu hebben de onderzoekers aangetoond dat deze sterke polarisatie veroorzaakt is door niet-lineaire processen die de spin beïnvloeden.

In een lineaire situatie zouden twee spinsignalen bij elkaar optellen. Het niet-lineaire effect betekent dat ze met elkaar worden vermenigvuldigd. Het is mogelijk de sterke spinstromen in deze niet-lineaire toestand te meten zonder de noodzaak om ferromagneten te gebruiken. In de zwakke spinstromen in gewone op grafeen gebaseerde schakelingen kan dat niet. "Maar nu dus wel, dankzij het niet-lineaire effect dat ook nog eens toeneemt met de regelstroom", zegt Siddhartha Omar, voormalig postdoc aan de RUG en eerste auteur van het artikel. "De polarisatie kan zelfs tot 100 procent gaan. Omdat het systeem met boornitride en een regelstroom niet-lineair is, hoef je er weinig in te stoppen om er heel veel uit te krijgen."

 

Spinsignalen

In het onderzoek laten de onderzoekers toepassingen zien van dit niet-lineaire effect voor eenvoudige analoge systemen, zoals amplitudemodulatie van spinsignalen. "Dit zouden we kunnen gebruiken om spintransport over langere afstanden mogelijk te maken. Daarnaast maakt een sterker spinsignaal ook de conversie van spin naar lading gemakkelijker, en zijn er geen ferromagneten nodig om spinstromen te detecteren."

 

De mogelijkheid om het spinsignaal te moduleren, in plaats van het alleen maar aan of uit te kunnen zetten, maakt het eenvoudiger om schakelingen te bouwen voor spintronica. "Die zou je kunnen gebruiken in computers die werken als ons brein, waarin de schakelingen een hele reeks waarden tussen de 0 en 1 van een binaire schakeling kunnen hebben."

 

Ook lijkt het mogelijk om een versterker voor spinstroom te bouwen, die met behulp van een kleine regelstroom een grote spinstroom kan produceren. ‘Misschien hebben we die al, maar dat is nog niet onomstotelijk bewezen', zegt Omar.

 

Bruikbaar

Alle effecten zijn gemeten bij kamertemperatuur. Ze zijn dus bruikbaar in praktische toepassingen, zoals de bouw van niet-lineaire circuits voor geavanceerde spintronica. "De spintronica bevindt zich nu op het punt waar de gewone elektronica was ten tijde van de eerste transistoren. We kunnen nu echte spintronica-apparatuur maken", besluit Omar.

 

Gerelateerd nieuws

Imec toont 's werelds eerste Sub-5mW, IEEE 802.15.4z Ultra-Wideband Transmitter Chip

Imec toont 's werelds eerste sub-5mW, IEEE 802.15.4z ultra-wideband transmitter chip

Op de International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) presenteerde imec de eerste IEEE 802.15.4z impulse-radio ultrabreedband (IR-UWB) zenderchip, waarmee een evenwicht werd gevonden tussen UWB's nauwkeurige…

Hittebeheersing in fusiereactoren

Hittebeheersing in fusiereactoren

Midden in een fusiereactor is het onwaarschijnlijk heet. Waterstof dat uit dit binnenste ontsnapt, moet op weg naar de wand worden afgekoeld, anders smelt de reactorwand. Differ-onderzoekers ontwikkelden met het EPFL…

Commissie wil chipfabriek in EU om afhankelijkheid van Azië te verkleinen

Commissie wil chipfabriek in EU om afhankelijkheid van Azië te verkleinen

De Europese Unie overweegt de bouw van een geavanceerde halfgeleiderfabriek in Europa om niet meer afhankelijk te zijn van de VS en Azië voor technologie in het hart van enkele van haar belangrijkste industrieën. Dat…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Veilige Laserscanner PSENscan | Productieve ruimtebewaking!

De veiligheidslaserscanner PSENscan biedt een tweedimensionale ruimtebewaking met een openingshoek van 275 graden en een...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

26 februari 2021, online

Webinar: DC en betonrot

Doordat we steeds meer 'all-electric' gaan en er een verschuiving plaats vindt van AC naar DC, neemt het...

1 maart 2021, online

Embedded World + Congatec

Embedded World en Congatec vinden dit jaar online plaats.

4 maart 2021, online

Webinar: Selectie en installatie van Atexkabelwartels: hoe het wel en niet moet

Helaas worden er nog veel fouten gemaakt met de selectie en toepassing van Atex kabelwartels. Hierdoor...

Meer agendapunten »