Forscher von Purdue University haben große Durchbrüche im Bereich gemacht Spintronik das kann elektronische Geräte und Computer verändern.
Normale Elektronik verwendet die Ladung eines Elektrons, um Informationen zu codieren. Spintronic-Geräte verwenden den Spin eines Elektrons, um dasselbe zu erreichen.
Durch die Verwendung dieser intrinsischen Eigenschaft eines Elektrons können leistungsstarke Geräte hergestellt werden, die viel weniger Strom verbrauchen. Das Forschungsgebiet ist jedoch sehr neu, und es gibt einige grundlegende Herausforderungen für das Basiswissen, die gelöst werden müssen.
Neue Forschung entwickelt präzises Testgelände
Dank der Entwicklung eines neuen Testgeländes für Quantensysteme, mit dem Teilchenwechselwirkungen ein- und ausgeschaltet werden können, sind wir diesen Antworten einen Schritt näher gekommen.
Dieses neue Testgelände wird Forschern helfen, ihre Kontrolle über zu verbessern Spininformationen . Es wird hilfreich sein, eine der dringlichsten Fragen aus dem Bereich zu beantworten, die sich darauf beziehen, wie das von Spinpartikeln übertragene Signal, der als Spinstrom bezeichnet wird, mit der Zeit abfällt.
„Das Signal, das wir brauchen, um die Spintronik zum Laufen zu bringen und diese Dinge zu studieren, kann abnehmen. Genau wie wir wollen, dass ein guter Mobiltelefondienst einen Anruf tätigt, wollen wir, dass dieses Signal stark ist“, sagte Chuan-Hsun Li, aDoktorand in Elektro- und Computertechnik an der Purdue University.
„Wenn der Spinstrom abfällt, verlieren wir das Signal.“
Spin Decay Wissen grundlegend
Elektronen interagieren mit allem um sie herum und zeigen unterschiedliche Eigenschaften in sich selbst. Die Wechselwirkung zwischen Spin und Impuls eines Teilchens wird als Spin-Bahn-Kopplung bezeichnet.
Die neue Forschung zeigt, dass die Spin-Bahn-Kopplung und Wechselwirkungen mit anderen Partikeln den Spinzerfall in einer Quantenflüssigkeit namens Bose-Einstein-Kondensat BEC dramatisch verbessern können.
"Die Leute wollen die Spinbildung manipulieren, damit wir sie zum Codieren von Informationen verwenden können. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, physikalische Mechanismen wie die Spin-Bahn-Kopplung zu verwenden", sagte Li.
„Dies kann jedoch zu einigen Nachteilen führen, beispielsweise zum Verlust von Spininformationen.“ Die jüngste Forschung wurde von einem Professor für Physik und Astronomie sowie für Elektro- und Computertechnik an der Universität von Purdue abgeschlossen. Yong Chen.
Chen und sein Team haben ein Gerät entwickelt, das als Mini-Partikel-Collider für BECs bezeichnet werden kann. Das Gerät verwendet Laser, um Rubidium-87-Atome in einer Vakuumkammer auf den absoluten Nullpunkt abzukühlen. Unter diesen Bedingungen werden die Atome zu einem BECist der kälteste und seltsamste der fünf Zustände der Materie.
In diesem Quantenzustand zeigen Atome wellenartige Eigenschaften, wenn sie kälter werden, beginnen sie sich zu überlappen und hören auf, als Individuen zu wirken. Obwohl es sich technisch gesehen nicht um ein Gas handelt, ist es einfacher, sich den BEC-Zustand als Gas vorzustellen.
Physiker bezeichnen den Zustand umgangssprachlich als Quantenflüssigkeit oder Quantengas. Im Inneren des Mini-Colliders schickte Chen zwei BECs mit entgegengesetzten Spins, die ineinander schlugen. Genau wie zwei verschiedene Gase würden sie sich beim Auftreffen teilweise gegenseitig durchdringen undeinen Spinstrom liefern.
Kontrolliertes Testgelände öffnet Türen für mehr Forschung
„Viele faszinierende Phänomene treten auf, wenn Sie zwei Kondensate kollidieren. Ursprünglich sind sie überflüssig, aber wenn sie kollidieren, kann ein Teil der Reibung sie in thermisches Gas umwandeln“, sagte Chen.
„Da wir jeden Parameter steuern können, ist dies ein wirklich effizientes System, um diese Art von Kollisionen zu untersuchen.“
Mit diesem Setup kann der Wissenschaftler die Spin-Orbit-Kopplung ein- und ausschalten, um die Auswirkungen auf den Spinstromabfall genau zu untersuchen.
Chen hofft, dass sie ihr experimentelles Testgelände und ihren bosonischen Spinstrom weiterhin nutzen können, um die Grundlagen des Spintransports weiterhin besser zu verstehen und Quantendynamik was zu fortschrittlicheren Spintronic-Geräten führen wird.