電子自旋的高效閥

納米線上的兩個量子點（虛線橢圓）都被納米磁鐵（棕條）調諧，因此它們僅允許具有「向上」自旋的電子通過。如果改變磁體之一的方向，則電流被抑制。圖片來源：巴塞爾大學物理系

巴塞爾大學的研究人員與來自比薩的同事合作開發了一種新概念，該概念利用電子自旋來切換電流。除了基礎研究以外，此類自旋閥還是自旋電子學中的關鍵元素，自旋電子學是一種利用自旋而不是電子電荷的電子產品。研究結果發表在科學雜誌《通信物理學》上。

在某些時候，自旋電子學可能成為流行語，與電子學一樣，成為我們詞彙量的一部分。其背後的想法是使用電子的角動量（自旋）代替電荷。多年來，全世界的研究人員一直在追求這一目標。Spintronics承諾在信息存儲和處理中有許多應用，並可以提高電子設備的能源效率。一個重要的前提條件是有效控制和檢測電子自旋。

來自瑞士納米科學研究所和巴塞爾大學物理系的克裡斯蒂安·舍嫩貝格教授和安德裡亞斯·鮑姆加特納博士組成的物理學家團隊現已開發出一種用於半導體器件中自旋電子學的新技術。來自比薩的Nanoscienze-CNR研究所的研究人員也參與其中。

納米磁鐵是關鍵

為此，科學家們在納米線上形成彼此後方的兩個小半導體島（量子點），並使用納米磁鐵在量子點中產生磁場。利用外部磁場，它們能夠單獨控制這些磁體，從而可以確定量子點是否允許電子通過向上（向上）或向下（向下）的自旋通過。當兩個量子點串聯連接時，只有兩個都設置為「 up」或兩個都設置為「 down」時，電流才流動。理想情況下，如果電流方向相反，則沒有電流流動。

該出版物的第一作者，博士學位的Arunav Bordoloi。Schönenberger小組的一名學生發現，此方法產生的自旋極化接近理論最大值。他說：「通過這種技術，我們可以選擇允許給定自旋狀態的單個電子進入或離開量子系統，其效率遠高於傳統自旋閥。」

「近年來，全世界的研究人員發現要製造適用於納米和量子電子設備的旋轉閥是一項艱巨的任務，」負責該項目的Andreas Baumgartner博士說。「我們現在已經成功生產了一個。」

探索新現象

物理學家還能夠證明磁場位於納米線上的特定位置。鮑姆加特納博士說：「因此，這種技術應使我們能夠研究通常對磁場過於敏感的新現象的自旋特性，例如特殊超導體末端的新狀態。」

現在，這種自旋電子學的新方法應該能夠直接測量自旋相關性和自旋糾纏，並為許多新舊物理現象提供了新的思路。將來，該概念甚至可能在尋求將電子自旋用作量子計算機中最小的信息單元（量子位）時變得有用。