Une percée qui permet la spintronique pratique des semi-conducteurs – Technoguide

Il sera peut-être possible à l’avenir d’utiliser la technologie de l’information où le spin électronique est utilisé pour stocker, traiter et transférer des informations dans des ordinateurs quantiques. L’objectif des scientifiques est depuis longtemps de pouvoir utiliser la technologie de l’information quantique basée sur le spin à température ambiante. Une équipe de chercheurs suédois, finlandais et japonais a maintenant construit un composant semi-conducteur dans lequel des informations peuvent être échangées efficacement entre le spin électronique et la lumière à température ambiante et au-dessus. La nouvelle méthode est décrite dans un article publié dans Nature Photonics.

Il est bien connu que les électrons ont une charge négative, et ils ont également une autre propriété, à savoir le spin. Ces derniers peuvent jouer un rôle déterminant dans l’avancée des technologies de l’information. Pour faire simple, nous pouvons imaginer l’électron tournant autour de son propre axe, de la même manière que la Terre tourne autour de son propre axe. La spintronique – un candidat prometteur pour les technologies de l’information futures – utilise cette propriété quantique des électrons pour stocker, traiter et transférer des informations. Cela apporte des avantages importants, tels qu’une vitesse plus élevée et une consommation d’énergie plus faible que l’électronique traditionnelle.

Les développements de la spintronique au cours des dernières décennies ont été basés sur l’utilisation de métaux, et ceux-ci ont été très significatifs pour la possibilité de stocker de grandes quantités de données. Il y aurait cependant plusieurs avantages à utiliser la spintronique à base de semi-conducteurs, de la même manière que les semi-conducteurs forment l’épine dorsale de l’électronique et de la photonique d’aujourd’hui.

«Un avantage important de la spintronique basée sur les semi-conducteurs est la possibilité de convertir les informations représentées par l’état de spin et de les transférer en lumière, et vice versa. La technologie est connue sous le nom d’opto-spintronique. Elle permettrait d’intégrer des informations traitement et stockage basés sur le spin avec transfert d’informations par la lumière », explique Weimin Chen, professeur à l’Université de Linköping, Suède, qui a dirigé le projet.

Comme l’électronique utilisée aujourd’hui fonctionne à température ambiante et au-dessus, un problème sérieux dans le développement de la spintronique a été que les électrons ont tendance à changer et à randomiser leur direction de spin lorsque la température augmente. Cela signifie que les informations codées par les états de spin des électrons sont perdues ou deviennent ambiguës. C’est donc une condition nécessaire au développement de la spintronique à base de semi-conducteurs que l’on puisse orienter essentiellement tous les électrons vers le même état de spin et le maintenir, c’est-à-dire qu’ils soient polarisés en spin, à température ambiante et à des températures plus élevées. Des recherches antérieures ont atteint une polarisation de spin électronique la plus élevée d’environ 60% à température ambiante, intenable pour des applications pratiques à grande échelle.

Des chercheurs de l’Université de Linköping, de l’Université de Tampere et de l’Université d’Hokkaido ont maintenant obtenu une polarisation de spin électronique à température ambiante supérieure à 90%. La polarisation de spin reste à un niveau élevé même jusqu’à 110 ° C. Cette avancée technologique, décrite dans Nature Photonics, repose sur une nanostructure opto-spintronique que les chercheurs ont construite à partir de couches de différents matériaux semi-conducteurs. Il contient des régions à l’échelle nanométrique appelées points quantiques. Chaque point quantique est environ 10 000 fois plus petit que l’épaisseur d’un cheveu humain. Lorsqu’un électron polarisé en spin frappe un point quantique, il émet de la lumière – pour être plus précis, il émet un seul photon avec un état (moment angulaire) déterminé par le spin de l’électron. Ainsi, les points quantiques sont considérés comme ayant un grand potentiel en tant qu’interface pour transférer des informations entre le spin électronique et la lumière, comme cela sera nécessaire en spintronique, photonique et informatique quantique. Dans l’étude récemment publiée, les scientifiques montrent qu’il est possible d’utiliser un filtre de spin adjacent pour contrôler le spin électronique des points quantiques à distance et à température ambiante.

Les points quantiques sont constitués d’arséniure d’indium (InAs), et une couche d’arséniure d’azote de gallium (GaNA) fonctionne comme un filtre de spin. Une couche d’arséniure de gallium (GaAs) est intercalée entre eux. Des structures similaires sont déjà utilisées dans la technologie optoélectronique basée sur l’arséniure de gallium, et les chercheurs pensent que cela peut faciliter l’intégration de la spintronique avec les composants électroniques et photoniques existants.

<< Nous sommes très heureux que nos efforts à long terme pour accroître l'expertise requise pour fabriquer des semi-conducteurs contenant N hautement contrôlés définissent une nouvelle frontière dans la spintronique. Jusqu'à présent, nous avons eu un bon niveau de succès en utilisant ces matériaux pour l'optoélectronique. dispositifs, plus récemment dans les cellules solaires à haut rendement et les diodes laser. Nous sommes maintenant impatients de poursuivre ce travail et d'unir la photonique et la spintronique, en utilisant une plate-forme commune pour la technologie quantique basée sur la lumière et le spin », déclare le professeur Mircea Guina, chef de l'équipe de recherche de l'Université de Tampere en Finlande.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université de Linköping. Original écrit par Karin Söderlund Leifler. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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