Des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo et de la Nippon Telegraph and Telephone Corporation ont développé un "oscilloscope à résolution de spin". Cet appareil est un instrument de mesure de base pour la plasmonique et la spintronique, qui sont des technologies clés pour les futures applications électroniques. Le couplage de la lumière et des charges électroniques en plasmonique ouvrira la voie au traitement de l'information à très haut débit, tandis que la spintronique fournira une technologie à faible consommation d'énergie dans une société fortement orientée vers l'information. L'oscilloscope à résolution de spin est le pionnier de la future "spin-plasmonique, " où seront réalisés des dispositifs ultra-rapides à faible consommation d'énergie.

Un électron a une charge et un spin, et les excitations de densité de charge et de spin dans un système électronique peuvent être utilisées dans le traitement de l'information. La dynamique des ondes de densité de charge a été étudiée en plasmonique, et celle des ondes de densité de spin a été étudiée dans le domaine de la spintronique. Cependant, moins d'efforts ont été consacrés à la combinaison de ces deux technologies et au développement des dispositifs à très haut débit et à faible consommation d'énergie attendus. À ce jour, un obstacle majeur empêchant la promotion de ce domaine de recherche a été l'absence d'un instrument de mesure sensible à la fois à la charge et au spin.

Dans leur récent article, Publié dans Physique de la nature , Le Dr Masayuki Hashisaka de Tokyo Tech et ses collègues ont signalé un "oscilloscope à résolution de spin" qui permet de mesurer les formes d'onde des signaux de charge et de spin dans les appareils électroniques. Un oscilloscope est un instrument de mesure de base utilisé en électronique; cependant, les oscilloscopes conventionnels ne facilitent pas à la fois la mesure de la charge et du spin.

Le "signal de charge" est la charge totale des densités d'électrons de montée et de descente. Plus loin, le "signal de spin" est la différence entre les densités d'électrons spin-up et -down. Ces deux signaux circulant dans un dispositif semi-conducteur peuvent être détectés par l'oscilloscope à résolution de spin, qui est composé d'un filtre de spin et de détecteurs de charge à résolution temporelle à l'échelle nanométrique. Le filtre de spin sépare les électrons de spin-up et -down, tandis que le détecteur de charge à résolution temporelle mesure les formes d'onde des ondes de densité de charge. En combinant ces dispositifs spintroniques et plasmoniques, l'oscilloscope à résolution de spin est établi.

En utilisant cet oscilloscope à résolution de spin, Hashisaka et ses collègues ont démontré des mesures de forme d'onde de paquets d'ondes de densité de charge et de spin dans un dispositif à semi-conducteur. Ils ont réussi à observer le processus de séparation spin-charge dans un système électronique unidimensionnel (1D) composé de canaux de bord de Hall quantique, qui est un système prototype pour l'étude de la dynamique électronique 1D. Il s'agissait de la première expérience dans laquelle une seule mesure de forme d'onde de séparation de charge de spin a permis d'estimer tous les paramètres pertinents du système. Plus loin, cette observation manifeste non seulement l'utilité de l'oscilloscope à résolution de spin, mais aussi la possibilité de développer de nouveaux dispositifs plasmoniques et spintroniques basés sur des matériaux semi-conducteurs 1D.

L'oscilloscope à résolution de spin favorisera les recherches en plasmonique et en spintronique; par exemple, cet appareil facilitera les études de la dynamique des électrons dans divers systèmes 1D. En outre, l'oscilloscope à résolution de spin ouvrira la voie à la future "spin-plasmonique, " où seront réalisés des dispositifs à ultra-haut débit et à faible consommation d'énergie.