Khi các thiết bị của chúng ta trở nên nhỏ hơn, nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và có khả năng chứa lượng dữ liệu lớn hơn, điện tử học spin có thể tiếp tục quỹ đạo đó. Trong khi điện tử học dựa trên dòng điện tử thì điện tử học spin dựa trên chuyển động quay của điện tử.
>> Tham khảo: Dữ liệu điện thoại thông minh có thể giúp tạo bản đồ thảm thực vật toàn cầu.
Một electron có mức độ tự do spin, nghĩa là nó không chỉ giữ điện tích mà còn hoạt động giống như một nam châm nhỏ. Trong điện tử học spin, nhiệm vụ chính là sử dụng điện trường để điều khiển spin của electron và làm quay cực bắc của nam châm theo bất kỳ hướng nào cho trước.
Transistor hiệu ứng trường spintronic khai thác cái gọi là hiệu ứng ghép quỹ đạo quay Rashba hoặc Dresselhaus, điều này cho thấy rằng người ta có thể điều khiển spin của electron bằng điện trường.
Mặc dù phương pháp này hứa hẹn mang lại khả năng tính toán hiệu quả và tốc độ cao, nhưng vẫn phải vượt qua một số thách thức nhất định trước khi công nghệ này đạt được tiềm năng thực sự, thu nhỏ nhưng mạnh mẽ và thân thiện với môi trường.
>> Tham khảo: Phát triển năng lượng cho Châu Phi.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng sử dụng điện trường để điều khiển spin ở nhiệt độ phòng nhưng việc đạt được sự điều khiển hiệu quả vẫn là điều khó nắm bắt.
Trong nghiên cứu được công bố gần đây trên tạp chí Nature Photonics, một nhóm nghiên cứu do Jian Shi và Ravishankar Sundararaman thuộc Viện Bách khoa Rensselaer và Yuan Ping của Đại học California ở Santa Cruz dẫn đầu đã tiến một bước trong việc giải quyết vấn đề nan giải.
Tiến sĩ Shi, phó giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu cho biết: “Bạn muốn từ trường Rashba hoặc Dresselhaus lớn để tạo ra quá trình quay electron nhanh chóng”.
“Nếu yếu, spin của electron tiến động chậm và sẽ mất quá nhiều thời gian để bật hoặc tắt bóng bán dẫn spin. Tuy nhiên, từ trường bên trong thường lớn hơn, nếu không được bố trí tốt, sẽ dẫn đến khả năng kiểm soát spin của electron kém”.
>> Tham khảo: Nghiên cứu cho thấy hóa chất diệt cỏ độc hại bay vào không khí.
Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng tinh thể perovskite phân lớp sắt điện van der Waals mang tính đối xứng tinh thể độc đáo và khớp nối quỹ đạo quay mạnh là một vật liệu mô hình đầy hứa hẹn để hiểu vật lý spin Rashba-Dresselhaus ở nhiệt độ phòng.
Các đặc tính quang điện tử liên quan đến nhiệt độ phòng không bay hơi và có thể cấu hình lại của nó có thể truyền cảm hứng cho sự phát triển các nguyên tắc thiết kế quan trọng trong việc tạo ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường quay ở nhiệt độ phòng.
Theo Tiến sĩ Sundararaman, phó giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu, các mô phỏng cho thấy vật liệu này đặc biệt thú vị. Ông nói: “Từ trường bên trong đồng thời lớn và phân bố hoàn hảo theo một hướng duy nhất, cho phép các spin quay có thể dự đoán được và phối hợp hoàn hảo”.
“Đây là yêu cầu then chốt để sử dụng các vòng quay để truyền tải thông tin một cách đáng tin cậy.”
Tiến sĩ Shi nói: “Đó là một bước tiến tới việc hiện thực hóa một bóng bán dẫn điện tử spin trên thực tế”.
>> Tham khảo: Công cụ chỉnh sửa gen mới cho phép lập trình chỉnh sửa tuần tự theo thời gian.
Các tác giả đầu tiên của bài viết này bao gồm nghiên cứu sinh Lifu Zhang và cộng sự sau tiến sĩ Jie Jiang từ nhóm của Tiến sĩ Shi, cũng như nghiên cứu sinh Christian Multunas từ nhóm của Tiến sĩ Sundararaman.
Công trình này được hỗ trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ (chương trình Tính chất Vật lý của Vật liệu của Tiến sĩ Pani Varanasi), Văn phòng Nghiên cứu Khoa học của Không quân và Quỹ Khoa học Quốc gia.
