自旋电子学突破：电子自旋的高效阀

时间：2022-05-03 11:25:04 来源：

纳米线上的两个量子点（虚线椭圆）都被纳米磁铁（棕条）调谐，因此它们仅允许具有“向上”自旋的电子通过。如果改变磁体之一的方向，则电流被抑制。

巴塞尔大学的研究人员与来自比萨的同事合作开发了一种新概念，该概念利用电子自旋来切换电流。除了基础研究之外，此类自旋阀还是自旋电子学中的关键元素，自旋电子学是一种利用自旋而不是电子电荷的电子技术。研究结果发表在科学杂志《通信物理学》上。

在某些时候，自旋电子学可能成为流行语，与电子学一样，成为我们词汇量的一部分。其背后的想法是使用电子的角动量（自旋）代替电荷。多年来，世界各地的研究人员一直在追求这一目标。Spintronics承诺在信息存储和处理中有许多应用，并可以提高电子设备的能源效率。一个重要的先决条件是有效控制和检测电子自旋。

来自瑞士纳米科学研究所和巴塞尔大学物理系的克里斯汀·舍能伯格教授和安德里亚斯·鲍姆加特纳博士周围的物理学家团队现在已经开发出一种用于半导体器件中自旋电子学的新技术。比萨的Nanoscienze-CNR研究所的研究人员也参与其中。

纳米磁铁是关键

为此，科学家在纳米线上形成彼此后方的两个小半导体岛（量子点），并使用纳米磁铁在量子点中产生磁场。利用外部磁场，他们可以独立控制这些磁体，从而可以确定量子点是否允许电子以向上（向上）或向下（向下）的自旋通过。当两个量子点串联连接时，只有两个都设置为“ up”或两个都设置为“ down”时，电流才流过。理想情况下，如果电流方向相反，则不会有电流流过。

该出版物的第一作者，Schönenberger团队的博士生Arunav Bordoloi发现，该方法产生的自旋极化接近理论最大值。他说：“通过这种技术，我们可以选择允许给定自旋状态的单个电子进入或离开量子系统，其效率远高于传统自旋阀。”

“近年来，全世界的研究人员发现要制造适用于纳米和量子电子设备的旋转阀很难破解，”负责该项目的Andreas Baumgartner博士说。“我们现在已经成功生产了一个。”

探索新现象

物理学家还能够证明磁场位于纳米线上的特定位置。鲍姆加特纳博士评论说：“因此，这种技术应使我们能够研究通常对磁场过于敏感的新现象的自旋特性，例如特殊超导体末端的新状态。”

这种自旋电子学的新方法现在应该能够直接测量自旋相关性和自旋纠缠，并为许多新旧物理现象提供了新的思路。将来，该概念甚至可能在寻求将电子自旋用作量子计算机中最小的信息单元（量子位）的过程中证明是有用的。

参考：通讯物理学，Arunav Bordoloi，Valentina Zannier，Lucia Sorba，ChristianSchönenberger和Andreas Baumgartner撰写的“双量子点自旋阀”，通讯物理。2020年8月6日。
10.1038 / s42005-020-00405-2

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