กายกรรมอิเล็กทรอนิกส์: การหมุนวนของอิเล็กตรอนที่ปรับแต่งอย่างเป็นระเบียบ

การควบคุมลักษณะควอนตัมของอิเล็กตรอนที่อาจมีความสำคัญต่อคอมพิวเตอร์ในอนาคตอาจทำได้ง่ายขึ้น แทนที่จะควบคุมการหมุนของอิเล็กตรอนด้วยสนามแม่เหล็กระดับจุลภาค ซึ่งมักจะอ่อนแอและเฉื่อยชา นักวิจัยในแคลิฟอร์เนียและเพนซิลเวเนียได้คิดค้นวิธีการควบคุมการหมุนด้วยไฟฟ้าที่ง่ายกว่า

สปินสเคป ข้อมูลสปินของอิเลคตรอนจากโครงสร้างจุลภาคที่เปลี่ยนสปินแสดงการเปลี่ยนแปลงตั้งแต่แทบไม่มีสปิน (พื้นที่ราบ) ไปจนถึงสปินอย่างรวดเร็ว (สันเขา) ในทิศทางเฉพาะ

Y. KATO และ AWSCHALOM/UCSB

นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ David D. Awschalom จาก University of California, Santa กล่าว บาร์บาร่า เขาและ Jeremy Levy จาก University of Pittsburgh เป็นผู้นำการทำงานร่วมกันเพื่อบรรลุเป้าหมายนี้ นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าวงจรสปินโทรนิกจะเร็วกว่า หนาแน่นกว่า และประหยัดพลังงานมากกว่าวงจรทั่วไป

หัวข้อข่าววิทยาศาสตร์ในกล่องจดหมายของคุณ

หัวข้อข่าวและบทสรุปของบทความข่าววิทยาศาสตร์ล่าสุด ส่งถึงกล่องจดหมายอีเมลของคุณทุกวันพฤหัสบดี

ที่อยู่อีเมล*

ที่อยู่อีเมลของคุณ

ลงชื่อ

หากเทคนิคนี้สามารถขยายไปยังอิเล็กตรอนเดี่ยวได้ ก็อาจนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งคาดว่าจะถอดรหัสรหัสและค้นหาฐานข้อมูลได้เร็วกว่าเครื่องคอมพิวเตอร์ทั่วไปหลายล้านเท่า (SN: 2/1/03, p. 77: คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ต้องจับตาดู “การคำนวณที่ยุ่งยาก” ในฉบับสัปดาห์นี้: การคำนวณที่ยุ่งยาก

งานใหม่ซึ่งรายงานในวารสาร Science เมื่อวันที่ 21 ก.พ. คือ “ผลงานที่สำคัญอย่างยิ่งต่อทั้งสปินโทรนิกส์และการคำนวณควอนตัม” Michael E. Flatté จาก University of Iowa ใน Iowa City ให้ความเห็น

สมัครสมาชิกข่าววิทยาศาสตร์

รับวารสารวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมจากแหล่งที่น่าเชื่อถือที่สุดส่งตรงถึงหน้าประตูคุณ

ติดตาม

การหมุนของอิเล็กตรอนจะสร้างสนามแม่เหล็กเล็กๆ ตามแกนหมุนของอนุภาค โดยทั่วไปแล้ว แผนการของ Spintronics จะเข้ารหัสกระแสข้อมูลในรูปแบบสามมิติของแกนหมุนของอิเล็กตรอน

เมื่อทราบว่าการหมุนของอิเล็กตรอนถูกผลักและดึงโดยสนามแม่เหล็กราวกับว่าอิเล็กตรอนเป็นแท่งแม่เหล็กขนาดเล็ก ผู้ตรวจสอบของ Spintronics ได้ต่อสู้เป็นเวลาหลายปีในการรวมสนามแม่เหล็กขนาดกะทัดรัดเข้ากับชิปเซมิคอนดักเตอร์เพื่อควบคุมทิศทางของการหมุน

“มันยากมากที่จะสร้างสนามแม่เหล็กเล็กๆ เขา Awschalom และเพื่อนร่วมงานของพวกเขามองข้ามความท้าทายนั้น พวกเขาพยายามประดิษฐ์ชั้นอะตอมของโครงสร้างจุลภาคขนาดทรานซิสเตอร์ด้วยชั้นอะตอมจากสารกึ่งตัวนำแกลเลียมอาร์เซไนด์และอะลูมิเนียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ พวกเขาจัดการองค์ประกอบและระยะห่างระหว่างอะตอมของโครงผลึกของโครงสร้างเพื่อให้โครงตาข่ายมีอิทธิพลต่อการหมุนของอิเล็กตรอนโดยไม่ต้องใช้แม่เหล็กระดับจุลภาค

ด้วยความช่วยเหลือของเลเซอร์ ทีมงานได้ผลิตอิเล็กตรอนหลายตัวภายในโครงสร้างจุลภาคที่มีทิศทางการหมุนแบบเดียวกัน ด้วยการใช้แรงดันไฟฟ้า นักวิจัยจะผลักอิเล็กตรอนไปตามวิถีเฉพาะผ่านโครงสร้าง โดยการทำงานร่วมกันระหว่างอิเล็กตรอนและคริสตัล สปินถูกบังคับให้ต้องรับทิศทางและอัตราใหม่ เนื่องจากความร้อนเพียงเล็กน้อยก็สามารถรบกวนการหมุนได้ การรักษาอุณหภูมิให้ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์จึงเป็นสิ่งจำเป็น Awschalom ตั้งข้อสังเกต

การควบคุมการหมุนด้วยไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้องเป็นไปได้หรือไม่? พูดยาก Awschalom กล่าว และเสริมอย่างรวดเร็วว่าการทดลองที่เพิ่งรายงานนี้ “ดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้เมื่อปีที่แล้ว”

Credit : เว็บยูฟ่าสล็อต