Elektronik cihazlar, elektronların yükünün hareket etmelerine ve akım üretmelerine yardımcı olduğu temel özelliği üzerinde çalışır. Şimdi, elektronların enerji açısından daha verimli davranmasına yardımcı olabilecek başka bir özellik hayal edin – bu kuantum aleminde. Spintronik, içsel açısal momentumuna bağlı temel bir özellik olan bir elektronun dönüşünü kullanır.
“Bir dönüşün kuantum-mekanik özelliğinin açılması veya sürdürülmesi elektrik akımı kadar enerji gerektirmediği için, insanlar bir süredir dönüşlerle bilgi biti olarak konuşmak istiyor. Ancak göründüğünden daha zor,” dedi Rowland Enstitüsü araştırma grubu lideri Sascha Feldmann. “Bir dönüşün sahip olduğu küçük manyetik anla konuşmak için genellikle güçlü manyetik alanlar uygulamanız gerekir.”
Bir elektronun yukarı veya aşağı olmak üzere iki spin durumu olabilir ve bunlar bilgiyi depolamak ve işlemek için kullanılabilir. Ancak bunları manipüle etmek zor olabilir ve çalışmak için son derece düşük sıcaklıklarda çok mükemmel şekilde sıralanmış malzemeler üzerinde manyetik alanların kullanılmasını gerektirir. Feldmann ve araştırma ekibi, hem burada hem de Cambridge Üniversitesi’nde, bu faktörlerin hiçbiri el altında olmadan elektron spin alanları üretebildiler. Yapması çok kolay, ancak oldukça düzensiz yarı iletken bir malzeme olan halojenür perovskite filmlerin üzerine oda sıcaklığında dairesel polarize ışık tuttular. Birkaç pikosaniye (saniyenin trilyonda biri) içinde elektronlar farklı spin durumları geliştirdiler ve yerel spin alanları oluşturdular. Sonuçlar Nature Materials’da bir makalede yayınlandı.
Makalenin ilgili yazarı Feldmann, “Işıkla, şimdiye kadar yalnızca manyetik ölçümleri kullanarak öğrenebildiğimiz dönüşleri optik olarak ele alabiliriz” dedi. “Işığımızın sadece polarizasyonuyla, elektronların dönüşleriyle invaziv olmayan bir şekilde konuşabiliyoruz.”
Bunu incelemek için araştırmacılar, ışığın spiral şeklinde el şeklinde kodlanmış bilgilere dayanan özel bir mikroskopi tekniği geliştirdiler. Dönme yukarı veya aşağı dönme durumunu oluşturmak için sol veya sağ elli dairesel polarize ışık kullanıldı ve bu bilgiyi kullanarak, malzemenin dönüşlerini ayrıntılı olarak görebildiler.
Her alandaki bu ölçekte, dönüşler beklenenden çok daha uzun süre hayatta kaldı. Mikroskop kullandıkları için spin taşınımını da görebildiler. Feldmann, “Yüklerin bir telde nasıl aktığı gibi, dönüşlerin nasıl hareket ettiğini görebiliriz” dedi.
Araştırmacılar spin-momentum kilitleme adı verilen bir fenomen gözlemlediler. Bu, bir elektron için spin durumunun hareket yönünü belirlediği anlamına gelir. Spinlerin hareketini yalnızca gözlemlemekle kalmayıp aynı zamanda manipüle edebilmek, elektron spinlerine sahip malzemelerin akıllı tasarımının optik olarak manipüle edilmesi için olanaklar sunar. Bir malzeme optik olarak bile mıknatıslandığında bu şekilde kalır ve durumunu korumak için harici güce ihtiyaç duymaz. Bu, spintroniklerin çok yararlı olmasını sağlar; yaygın bir kullanım, verilerin bilgisayar depolama sistemlerinde daha istikrarlı ve verimli bir şekilde depolanmasıdır. Spinlerin kuantum özelliği, geleneksel bir bilgisayarın tamamlaması binlerce yıl alacak olan belirli bilgi işlem görevlerini kolayca gerçekleştirmenin yeni yollarını açtığından, kuantum hesaplamada da kullanımları vardır.
“Bir yarı iletken, ışıkla etkileşime giren şeydir ve bir ferromanyet, manyetik olan ve dönüşlerle çalışan şeydir. Burada her iki dünyanın en iyilerini birleştiren bir şey bulduk. Feldmann, “Bu inanılmaz, çünkü spintronik insanlarını manyetizmayı optik olarak kontrol edebilecekleri bir yere getiriyor ve spinleri kullanarak geleneksel optik yarı iletken cihazlara başka bir serbestlik derecesi ekliyor” dedi. “Fotonik, elektronik ve spintroniklerin potansiyel olarak hepsi tek bir malzemede arabirim oluşturması oldukça heyecan verici.”
Feldmann, sürdürülebilir enerji üretimi için bir araç olarak solar fotovoltaik veya LED uygulamaları için bir yarı iletken olarak son derece çok yönlü halojenür perovskit malzemeleri kullanıyordu. Rowland Fellow, bu dağınık malzemenin ışıkla etkileşimi üzerine nasıl bu kadar güzel davrandığına hayret ediyor ve bunu daha fazla incelemek istiyor.
“Malzemenin basitliği ve bu filmleri yapmak ve yine de spin aktarım fiziğini görebilmek bizim için kesinlikle harika.”
“Arjun Ashoka, Ph.D. Bu çalışmayı yöneten öğrenci, bu zorlu deneyi gerçekleştirmede gerçekten harika bir iş çıkardı,” diye ekledi Feldmann.
“Bir dönüşün kuantum-mekanik özelliğinin açılması veya sürdürülmesi elektrik akımı kadar enerji gerektirmediği için, insanlar bir süredir dönüşlerle bilgi biti olarak konuşmak istiyor. Ancak göründüğünden daha zor,” dedi Rowland Enstitüsü araştırma grubu lideri Sascha Feldmann. “Bir dönüşün sahip olduğu küçük manyetik anla konuşmak için genellikle güçlü manyetik alanlar uygulamanız gerekir.”
Bir elektronun yukarı veya aşağı olmak üzere iki spin durumu olabilir ve bunlar bilgiyi depolamak ve işlemek için kullanılabilir. Ancak bunları manipüle etmek zor olabilir ve çalışmak için son derece düşük sıcaklıklarda çok mükemmel şekilde sıralanmış malzemeler üzerinde manyetik alanların kullanılmasını gerektirir. Feldmann ve araştırma ekibi, hem burada hem de Cambridge Üniversitesi’nde, bu faktörlerin hiçbiri el altında olmadan elektron spin alanları üretebildiler. Yapması çok kolay, ancak oldukça düzensiz yarı iletken bir malzeme olan halojenür perovskite filmlerin üzerine oda sıcaklığında dairesel polarize ışık tuttular. Birkaç pikosaniye (saniyenin trilyonda biri) içinde elektronlar farklı spin durumları geliştirdiler ve yerel spin alanları oluşturdular. Sonuçlar Nature Materials’da bir makalede yayınlandı.
Makalenin ilgili yazarı Feldmann, “Işıkla, şimdiye kadar yalnızca manyetik ölçümleri kullanarak öğrenebildiğimiz dönüşleri optik olarak ele alabiliriz” dedi. “Işığımızın sadece polarizasyonuyla, elektronların dönüşleriyle invaziv olmayan bir şekilde konuşabiliyoruz.”
Bunu incelemek için araştırmacılar, ışığın spiral şeklinde el şeklinde kodlanmış bilgilere dayanan özel bir mikroskopi tekniği geliştirdiler. Dönme yukarı veya aşağı dönme durumunu oluşturmak için sol veya sağ elli dairesel polarize ışık kullanıldı ve bu bilgiyi kullanarak, malzemenin dönüşlerini ayrıntılı olarak görebildiler.
Her alandaki bu ölçekte, dönüşler beklenenden çok daha uzun süre hayatta kaldı. Mikroskop kullandıkları için spin taşınımını da görebildiler. Feldmann, “Yüklerin bir telde nasıl aktığı gibi, dönüşlerin nasıl hareket ettiğini görebiliriz” dedi.
Araştırmacılar spin-momentum kilitleme adı verilen bir fenomen gözlemlediler. Bu, bir elektron için spin durumunun hareket yönünü belirlediği anlamına gelir. Spinlerin hareketini yalnızca gözlemlemekle kalmayıp aynı zamanda manipüle edebilmek, elektron spinlerine sahip malzemelerin akıllı tasarımının optik olarak manipüle edilmesi için olanaklar sunar. Bir malzeme optik olarak bile mıknatıslandığında bu şekilde kalır ve durumunu korumak için harici güce ihtiyaç duymaz. Bu, spintroniklerin çok yararlı olmasını sağlar; yaygın bir kullanım, verilerin bilgisayar depolama sistemlerinde daha istikrarlı ve verimli bir şekilde depolanmasıdır. Spinlerin kuantum özelliği, geleneksel bir bilgisayarın tamamlaması binlerce yıl alacak olan belirli bilgi işlem görevlerini kolayca gerçekleştirmenin yeni yollarını açtığından, kuantum hesaplamada da kullanımları vardır.
“Bir yarı iletken, ışıkla etkileşime giren şeydir ve bir ferromanyet, manyetik olan ve dönüşlerle çalışan şeydir. Burada her iki dünyanın en iyilerini birleştiren bir şey bulduk. Feldmann, “Bu inanılmaz, çünkü spintronik insanlarını manyetizmayı optik olarak kontrol edebilecekleri bir yere getiriyor ve spinleri kullanarak geleneksel optik yarı iletken cihazlara başka bir serbestlik derecesi ekliyor” dedi. “Fotonik, elektronik ve spintroniklerin potansiyel olarak hepsi tek bir malzemede arabirim oluşturması oldukça heyecan verici.”
Feldmann, sürdürülebilir enerji üretimi için bir araç olarak solar fotovoltaik veya LED uygulamaları için bir yarı iletken olarak son derece çok yönlü halojenür perovskit malzemeleri kullanıyordu. Rowland Fellow, bu dağınık malzemenin ışıkla etkileşimi üzerine nasıl bu kadar güzel davrandığına hayret ediyor ve bunu daha fazla incelemek istiyor.
“Malzemenin basitliği ve bu filmleri yapmak ve yine de spin aktarım fiziğini görebilmek bizim için kesinlikle harika.”
“Arjun Ashoka, Ph.D. Bu çalışmayı yöneten öğrenci, bu zorlu deneyi gerçekleştirmede gerçekten harika bir iş çıkardı,” diye ekledi Feldmann.