L'électronique conventionnelle repose sur le contrôle de la charge électrique. Récemment, les chercheurs ont exploré le potentiel d'une nouvelle technologie, appelé spintronique, qui repose sur la détection et le contrôle du spin d'une particule. Cette technologie pourrait conduire à de nouveaux types d'appareils plus efficaces et plus puissants.

Dans un article publié en Lettres de physique appliquée , les chercheurs ont mesuré la force avec laquelle le spin d'un porteur de charge interagit avec un champ magnétique dans le diamant. Cette propriété cruciale montre que le diamant est un matériau prometteur pour les dispositifs spintroniques.

Le diamant est attrayant car il serait plus facile à traiter et à fabriquer en dispositifs spintroniques que les matériaux semi-conducteurs typiques, dit Golrokh Akhgar, un physicien à La Trobe University en Australie. Les dispositifs quantiques conventionnels sont basés sur de multiples couches minces de semi-conducteurs, qui nécessitent un processus de fabrication élaboré sous ultravide.

"Le diamant est normalement un très bon isolant, " dit Akhgar. Mais, lorsqu'il est exposé à un plasma d'hydrogène, le diamant incorpore des atomes d'hydrogène à sa surface. Lorsqu'un diamant hydrogéné est introduit dans l'air humide, il devient électriquement conducteur car une fine couche d'eau se forme à sa surface, tirant des électrons du diamant. Les électrons manquants à la surface du diamant se comportent comme des particules chargées positivement, appelés trous, rendre la surface conductrice.

Les chercheurs ont découvert que ces trous ont bon nombre des bonnes propriétés pour l'électronique de spin. La propriété la plus importante est un effet relativiste appelé couplage spin-orbite, où le spin d'un porteur de charge interagit avec son mouvement orbital. Un couplage fort permet aux chercheurs de contrôler le spin de la particule avec un champ électrique.

Dans des travaux antérieurs, les chercheurs ont mesuré à quel point le couplage spin-orbite d'un trou pouvait être conçu avec un champ électrique. Ils ont également montré qu'un champ électrique externe pouvait ajuster la force du couplage.

Dans des expériences récentes, les chercheurs ont mesuré à quel point le spin d'un trou interagit avec un champ magnétique. Pour cette mesure, les chercheurs ont appliqué des champs magnétiques constants de différentes forces parallèlement à la surface du diamant à des températures inférieures à 4 Kelvin. Ils ont également appliqué simultanément un champ perpendiculaire variant régulièrement. En surveillant l'évolution de la résistance électrique du diamant, ils ont déterminé le facteur g. Cette quantité pourrait aider les chercheurs à contrôler le spin dans les futurs appareils utilisant un champ magnétique.

"La force de couplage des spins porteurs aux champs électriques et magnétiques est au cœur de la spintronique, " Akhgar a déclaré. "Nous avons maintenant les deux paramètres cruciaux pour la manipulation des spins dans la couche superficielle conductrice du diamant par des champs électriques ou magnétiques."

En outre, le diamant est transparent, il peut donc être intégré dans des dispositifs optiques fonctionnant avec de la lumière visible ou ultraviolette. Les diamants à manque d'azote - qui contiennent des atomes d'azote associés à des atomes de carbone manquants dans sa structure cristalline - sont prometteurs en tant que bit quantique, ou qubit, la base de la technologie de l'information quantique. Être capable de manipuler le spin et de l'utiliser comme qubit pourrait conduire à encore plus d'appareils au potentiel inexploité, dit Akhgar.