Technika 'balistycznego rezonansu spinowego' jako nowatorskie podejście do zjawiska spin flip
Badacze w Niemczech i Kanadzie opracowali nową technikę pod nazwą 'balistyczny rezonans spinowy', który wykonuje tzw. spin flip niesparowanych elektronów bez stosowania pól oscylacyjnych, które nie są łatwe do wygenerowania na mikrochipach. Ta odkrywcza metoda, opisana w czasopiśmie Nature, jest krokiem naprzód w kontrolowaniu spinu w półprzewodnikach i ma implikacje dla obliczeń kwantowych. Od około 70 lat naukowcy badają sposób, w jaki elektrony wirują. Elektronowy rezonans spinowy opisuje zjawisko spin flip w niesparowanych elektronach (zwanych też rodnikami). Wzbudzenie elektronowego rezonansu spinowego przy pomocy pól magnetycznych o wysokiej częstotliwości umożliwiło badania mechaniki kwantowej. Jest to przydatne narzędzie, ponieważ takie pole magnetyczne może być stosowane do kontroli przejść pomiędzy stanami spinowymi niesparowanych elektronów. Jednakże spin może być również wzbudzany przy pomocy pól elektrycznych o wysokiej częstotliwości w pewnych materiałach; sama oscylacja elektronów tworzy pole magnetyczne, które może oddziaływać na spin elektronów. Poprzednie badania z użyciem zewnętrznych pól elektrycznych dawały pozytywne rezultaty dla zjawiska spin flip w różnych materiałach, włączając w to elektronowe gazy dwuwymiarowe i tzw. kropki kwantowe. Problemem jest to, że pola oscylacyjne ciężko jest wygenerować na chipie. W omawianym najnowszym badaniu, dr Siergiej Frołow z University of British Columbia w Kanadzie i jego współpracownicy w Niemczech podeszli do zagadnienia w nietypowy sposób, mając nadzieję, że uda im się manipulować spinami bez stosowania pola oscylacyjnego. Ich metoda z powodzeniem wywołuje ten efekt przy zastosowaniu pola statycznego, co jest szczególnie pożądane w elektronice. Kolejne eksperymenty potwierdziły skuteczność tej techniki. Jest ona określana jako balistyczny rezonans spinowy, co oznacza, że elektrony odbijają się w niewielkich kanałach dwuwymiarowego półprzewodnika. Rezonans spinowy uzyskujemy przy pomocy pola magnetycznego, które powstaje jako produkt uboczny interakcji pomiędzy spinem elektronów i ich orbitami. Kolejne odbicia elektronów od ścianek kanału skutecznie powodują, że pole magnetyczne oscyluje. Częstotliwość takiej oscylacji jest korzystna dla zastosowań związanych z rezonansem spinowym. Wadą tej metody jest to, że o ile udaje się dzięki niej poddać elektrony działaniu zjawiska spin flip, dzieje się to w sposób przypadkowy; nie ma możliwości manipulacji spinami w taki sposób, by miały określoną orientację. Może to być spowodowane tym, że domieszki z elektronów pozostają na ściankach kanałów a droga odbicia staje się nierówna - elektrony odbijają się od ścianek pod różnymi kątami. W przyszłych badaniach zastosowane zostaną czystsze materiały i zastosowane zostaną techniki ogniskowania elektronów, które umożliwią badaczom lepsze określenie kąta i częstotliwości odbicia. W komentarzu, dr Lieven Vandersypen z Delft University of Technology w Holandii zauważa: "W przyszłości można będzie sobie wyobrazić zastosowanie prezentowanej przez autorów techniki spin flip do całych obwodów elektronicznych opartych o półprzewodniki, w których dane są kodowane w stanie spinowym elektronów. Mamy tu wizję spintroniki, która już przyniosła takie odkrycia, jak 'gigantyczny magnetoopór' i w konsekwencji miniaturyzację napędów dysku twardego".
Kraje
Kanada, Niemcy