Forskere ved National Graphene Institute ved University of Manchester har opnået en betydelig milepæl inden for kvanteelektronik med deres seneste undersøgelse af spin -injektion i grafen. Papiret, der for nylig blev offentliggjort i Kommunikationsmaterialeskitserer fremskridt inden for spintronik og kvantetransport.
Spin Transport Electronics, eller Spintronics, repræsenterer et revolutionerende alternativ til traditionel elektronik ved at bruge spin af elektroner snarere end deres gebyr til at overføre og gemme information. Denne metode lover energieffektive og højhastighedsløsninger, der overskrider begrænsningerne i klassisk beregning, til næste generations klassisk og kvanteberegning.
Manchester-teamet, ledet af Dr. Ivan Vera-Marun, har fuldt indkapslet monolags grafen i hexagonalt bornitrid, et isolerende og atomisk fladt 2D-materiale, for at beskytte dets høje kvalitet. Ved at konstruere 2D-materialestakken for kun at udsætte kanterne på grafen og lægge magnetiske nanowire-elektroder over stakken, danner de med succes en-dimensionelle (1D) kontakter.
Kvanteadfærd og ballistisk transport
Undersøgelsen undersøger injektionsprocessen via disse 1D -kontakter ved lave temperaturer (20 K), hvilket afslører, at elektrontransport på tværs af grænsefladen er kvante i naturen. Kontakterne fungerer som Quantum Point Contacts (QPC’er), der ofte bruges i kvante nanoteknologi og metrologi.
Første forfatter af papiret, Dr. Daniel Burrow, sagde: “Denne kvanteadfærd fremgår af måling af kvantiseret ledningsevne gennem kontakterne, hvilket indikerer, at energispektret af elektroner omdanner til diskrete energiunderbånd ved injektion. Ved at justere elektrondensiteten i grafen og anvende et magnetisk felt visualiserede vi disse underbånd og undersøgte deres forbindelse med spintransport.”
Disse QPC’er, dannet ved anvendelse af magnetiske nanotråd, undgår behovet for at konstruere en fysisk indsnævring inden for grafenkanalen, hvilket gør deres implementering mere praktisk end tidligere tilgange.
Implikationer for kvante nanoteknologi
Den avancerede enhedsarkitektur udviklet af Manchester-teamet tilbyder en ligetil metode til at skabe indstillelige QPC’er i grafen, hvilket overvinder fabrikationsudfordringer forbundet med andre metoder. Den magnetiske karakter af nanoskala-kontakterne muliggør kvantiseret spininjektion og baner vejen for energieffektive enheder i spin-baserede kvanteananoteknologi.
Endvidere præsenterer demonstrationen af ballistisk spin-injektion et opmuntrende skridt hen imod udviklingen af ballistisk spintronik med lav effekt. Fremtidig forskningsindsats vil fokusere på at forbedre spintransporten i grafen ved at udnytte injektionens kvante karakter via QPC’erne.