Des chercheurs de l'Université de Bâle, en collaboration avec des collègues de Pise, ont développé un nouveau concept qui utilise le spin des électrons pour commuter un courant électrique. En plus de la recherche fondamentale, de telles valves de spin sont également les éléments clés de la spintronique, un type d'électronique qui exploite le spin au lieu de la charge des électrons. Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique Physique des communications .

A un moment donné, la spintronique pourrait devenir un mot à la mode qui fait autant partie de notre vocabulaire que l'électronique. L'idée derrière cela est d'utiliser le moment angulaire (spin) d'un électron au lieu de la charge électrique. Des chercheurs du monde entier poursuivent cet objectif depuis de nombreuses années. La spintronique promet de nombreuses applications dans le stockage et le traitement de l'information, et pourrait améliorer l'efficacité énergétique des appareils électroniques. Une condition préalable importante est le contrôle et la détection efficaces des spins des électrons.

Une équipe de physiciens autour du professeur Christian Schönenberger et du Dr Andreas Baumgartner de l'Institut suisse des nanosciences et du département de physique de l'Université de Bâle a maintenant développé une nouvelle technique pour la spintronique dans les dispositifs à semi-conducteurs. Des chercheurs de l'Instituto Nanoscienze-CNR de Pise ont également été impliqués.

Les nano-aimants sont la clé

Dans ce but, les scientifiques forment deux petites îles semi-conductrices (points quantiques) l'une derrière l'autre sur un nanofil et génèrent des champs magnétiques dans les points quantiques à l'aide de nano-aimants. A l'aide d'un champ externe, ils sont capables de contrôler ces aimants individuellement et peuvent ainsi déterminer si une boîte quantique permet aux électrons de passer avec un spin dirigé vers le haut (vers le haut) ou vers le bas (vers le bas). Lorsque deux points quantiques sont connectés en série, un courant ne circule que si les deux sont réglés sur « haut » ou les deux sur « bas ». Idéalement, aucun courant ne circule s'ils sont orientés dans des directions opposées.

Arunav Bordoloi, premier auteur de la publication et Ph.D. étudiant dans l'équipe Schönenberger, ont trouvé que cette méthode produisait une polarisation de spin proche du maximum théorique. « Avec cette technique, nous pouvons choisir si un seul électron dans un état de spin donné est autorisé à entrer ou à sortir d'un système quantique, avec une efficacité bien supérieure à celle des valves de spin conventionnelles, " il dit.

"Dans les années récentes, des chercheurs du monde entier ont découvert qu'il était difficile de fabriquer des valves de spin utiles pour les dispositifs nano et quantiques électroniques, " dit le Dr Andreas Baumgartner, qui supervise le projet. "Nous avons maintenant réussi à en produire un."

Explorer de nouveaux phénomènes

Les physiciens ont également pu montrer que les champs magnétiques sont localisés à des emplacements spécifiques sur le nanofil. « Cette technique devrait donc nous permettre d'étudier les propriétés de spin de nouveaux phénomènes typiquement trop sensibles aux champs magnétiques, tels que les nouveaux états aux extrémités des supraconducteurs spéciaux, " commente le Dr Baumgartner.

Cette nouvelle approche de la spintronique devrait maintenant permettre des mesures directes des corrélations de spin et de l'intrication des spins et apporter un nouvel éclairage sur de nombreux phénomènes physiques anciens et nouveaux. À l'avenir, le concept pourrait même s'avérer utile dans la quête pour utiliser les spins des électrons comme la plus petite unité d'information (bit quantique) dans un ordinateur quantique.