Les physiciens ont développé une nouvelle technique qui utilise des tensions électriques pour contrôler le spin des électrons sur une puce. La méthode nouvellement développée offre une protection contre la décroissance du spin, ce qui signifie que les informations contenues peuvent être conservées et transmises sur des distances relativement grandes, comme l'a démontré une équipe du Département de physique de l'Université de Bâle et de l'Institut suisse des nanosciences. Les résultats ont été publiés dans Examen physique X .

Pour plusieurs années, les chercheurs ont essayé d'utiliser le spin d'un électron pour stocker et transmettre des informations. Le spin de chaque électron est toujours couplé à son mouvement, c'est-à-dire son orbite dans la puce. Ce couplage spin-orbite permet une manipulation ciblée du spin électronique par un champ électrique externe, mais cela provoque également une dégradation de l'orientation du spin, ce qui entraîne une perte d'informations.

Dans une collaboration internationale avec des collègues des États-Unis et du Brésil, des scientifiques du Département de physique de l'Université de Bâle et de l'Institut suisse des nanosciences, dirigé par le professeur Dominik Zumbühl, ont développé une nouvelle méthode qui permet une manipulation ciblée du spin sans la désintégration qui l'accompagne.

Contrôler les rotations sur de longues distances

Les scientifiques ont mis au point une puce sur laquelle un électron tourne uniformément sur son orbite à travers le matériau sans dégradation du spin. L'orientation de la rotation suit un motif en spirale semblable à une hélice. Si les tensions appliquées par deux électrodes de grille changent, il affecte la longueur d'onde de l'hélice; l'orientation du spin peut ainsi être influencée par un changement de tension.

Les champs Rashba et Dresselhaus déterminent principalement le mouvement hélicoïdal de la rotation. Dans l'expérience décrite ci-dessus, les champs Dresselhaus et Rashba peuvent être maintenus au même niveau, tandis que la force globale des deux champs peut être contrôlée simultanément :de cette façon, la décroissance du spin peut être supprimée.

Cela permet aux chercheurs d'utiliser des tensions pour ajuster l'orientation du spin sur des distances supérieures à 20 micromètres, qui est une distance particulièrement grande sur une puce et correspond à de nombreuses rotations de spin. Les informations de rotation peuvent ainsi être transmises, par ex. entre différents bits quantiques.

Réglage des champs avec des tensions électriques

Cette méthode n'est possible que parce que, comme ce travail l'a montré expérimentalement pour la première fois, le champ Rashba et le champ Dresselhaus peuvent être ajustés avec des tensions électriques. Bien que cela ait été prédit il y a plus de 20 ans dans une étude théorique, il n'a été possible de le démontrer que grâce à une nouvelle méthode de mesure basée sur les effets d'interférence quantique à basse température proche du zéro absolu. C'est attendu, cependant, que l'hélice pourra également être contrôlée avec des tensions à des températures plus élevées et même à température ambiante.

Base pour de futurs développements

« Avec cette méthode, on peut non seulement influencer l'orientation des spins in situ mais aussi contrôler le transfert des spins électroniques sur de plus longues distances sans pertes, " dit Zumbühl. La collaboration exceptionnelle avec des collègues de l'Université de São Paulo, l'Université de Californie et l'Université de Chicago fournissent la base d'une toute nouvelle génération d'appareils qui s'appuient sur l'électronique à base de spin et créent des perspectives pour d'autres travaux expérimentaux.