Spin wordt licht

In spintronica probeert men de spin van elektronen te gebruiken in plaats van de lading. Helaas vervalt de spin extreem snel, wat maakt dat de eigenschap vooralsnog moeilijk te gebruiken is in elektronica.
Centraal in het onderzoek van wetenschappers van het Kavli Institute of Nanoscience en Amolf, stond een nano-constructie bestaande een zeer dunne zilverdraad en wolfraam disulfide. De wetenschappers bevestigden het zilverdraadje op een plakje wolfraam disulfide van vier atomen dik. Met circulair gepolariseerd licht, creëerden ze zogeheten excitonen met een bepaalde spinrichting. Welke draairichting de spin had, was in te stellen met de draairichting van het laserlicht.

Oorspronkelijke staat

Excitonen zijn in feite uit hun baan gekaatste elektronen. Een laserstraal zorgt er bij deze techniek voor dat de elektronen in een grotere baan rond een positief geladen gat worden geschoten. De excitonen die hierbij ontstaan, willen terug naar hun oorspronkelijke staat. Bij hun terugkeer naar de kleinere baan om de kern geven ze een energie-pakketje af, in de vorm van licht.

Dit licht bevat de informatie van de spin, maar het vliegt alle kanten op. Om het bruikbaar te maken, benutten de onderzoekers een eerdere vinding. Daarbij toonden ze aan dat, wanneer licht over een nanodraad beweegt, het vlak naast die draad vergezeld wordt door een elektromagnetisch veld dat in de rondte tolt: aan de ene kant van de draad met de klok mee en aan de andere kant tegen de klok in. Beweegt het licht in de tegengestelde richting dan klappen de draairichtingen om. De lokale draairichting van het elektromagnetische veld is dus een-op-een verankerd met de richting waarin het licht langs de draad reist. "Dit fenomeen gebruiken we als een soort sleutel-slot combinatie’" legt Kuipers uit. "Een exciton met een bepaalde draairichting kan alleen maar licht langs de draad uitzenden als de beide draairichtingen overeenkomen."

Zo ontstaat een verband tussen de spininformatie en de propagatierichting van het licht langs de draad dat in 90% van de gevallen werkt. De fragiele spininformatie wordt zo omgezet in een gecontroleerd lichtsignaal en kan daardoor over veel grotere afstanden worden getransporteerd.

Opto-elektronische schakelingen

De techniek, die op kamertemperatuur werkt, leent zich voor nieuwe opto-elektronische schakelingen. Kuipers: "Daarbij hoeven geen elektronen te stromen en komt er dus ook geen warmte vrij, wat het een heel energiezuinige manier van informatieoverdracht maakt. Dit kan leiden tot groene informatieverwerkingsstrategieën op nanoschaal."