Il sera peut-être possible à l'avenir d'utiliser les technologies de l'information où le spin des électrons est utilisé pour stocker, traiter et transférer des informations dans des ordinateurs quantiques. L'objectif des scientifiques est depuis longtemps de pouvoir utiliser la technologie de l'information quantique basée sur le spin à température ambiante. Une équipe de chercheurs suédois, La Finlande et le Japon ont maintenant construit un composant semi-conducteur dans lequel les informations peuvent être efficacement échangées entre le spin des électrons et la lumière à température ambiante et au-dessus. La nouvelle méthode est décrite dans un article publié dans Photonique de la nature .

Il est bien connu que les électrons ont une charge négative; ils ont également une autre propriété appelée spin. Cela peut s'avérer déterminant dans l'avancée des technologies de l'information. Pour faire simple, on peut imaginer l'électron tournant autour de son axe, semblable à la façon dont la Terre tourne autour de son propre axe. La spintronique, un candidat prometteur pour les futures technologies de l'information, utilise cette propriété quantique des électrons pour stocker, traiter et transférer les informations. Cela apporte des avantages importants, comme une vitesse plus élevée et une consommation d'énergie plus faible que l'électronique traditionnelle.

Les développements de la spintronique au cours des dernières décennies ont été basés sur l'utilisation de métaux, et ceux-ci ont été très importants pour la possibilité de stocker de grandes quantités de données. Il y aurait, cependant, avoir plusieurs avantages à utiliser la spintronique à base de semi-conducteurs, de la même manière que les semi-conducteurs forment l'épine dorsale de l'électronique et de la photonique d'aujourd'hui.

"Un avantage important de la spintronique basée sur les semi-conducteurs est la possibilité de convertir l'information représentée par l'état de spin et de la transférer en lumière, et vice versa. La technologie est connue sous le nom d'opto-spintronique. Il permettrait d'intégrer le traitement et le stockage de l'information basé sur le spin avec le transfert de l'information par la lumière, " dit Weimin Chen, professeur à l'université de Linköping, Suède, qui a mené le projet.

Comme l'électronique utilisée aujourd'hui fonctionne à température ambiante et au-dessus, un problème sérieux dans le développement de la spintronique a été que les électrons ont tendance à changer et à rendre aléatoire leur direction de spin lorsque la température augmente. Cela signifie que l'information codée par les états de spin des électrons est perdue ou devient ambiguë. C'est donc une condition nécessaire au développement de la spintronique à base de semi-conducteurs que nous puissions orienter essentiellement tous les électrons vers le même état de spin et le maintenir, en d'autres termes qu'ils sont polarisés en spin, à température ambiante et à des températures plus élevées. Des recherches antérieures ont atteint une polarisation de spin d'électrons la plus élevée d'environ 60% à température ambiante, intenable pour des applications pratiques à grande échelle.

Chercheurs de l'Université de Linköping, L'Université de Tampere et l'Université d'Hokkaido ont maintenant atteint une polarisation du spin des électrons à température ambiante supérieure à 90 %. La polarisation de spin reste élevée même jusqu'à 110 °C. Cette avancée technologique, qui est décrit dans Photonique de la nature , est basé sur une nanostructure opto-spintronique que les chercheurs ont construite à partir de couches de différents matériaux semi-conducteurs. Il contient des régions à l'échelle nanométrique appelées points quantiques. Chaque point quantique est d'environ 10, 000 fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu humain. Lorsqu'un électron polarisé en spin heurte une boîte quantique, il émet de la lumière - pour être plus précis, il émet un seul photon avec un état (moment angulaire) déterminé par le spin de l'électron. Ainsi, les points quantiques sont considérés comme ayant un grand potentiel en tant qu'interface pour transférer des informations entre le spin des électrons et la lumière, comme cela sera nécessaire en spintronique, photonique et informatique quantique. Dans la nouvelle étude publiée, les scientifiques montrent qu'il est possible d'utiliser un filtre de spin adjacent pour contrôler à distance le spin électronique des boîtes quantiques, et à température ambiante.

Les points quantiques sont fabriqués à partir d'arséniure d'indium (InAs), et une couche d'arséniure d'azote de gallium (GaNAs) fonctionne comme un filtre de spin. Une couche d'arséniure de gallium (GaAs) est prise en sandwich entre eux. Des structures similaires sont déjà utilisées dans la technologie optoélectronique à base d'arséniure de gallium, et les chercheurs pensent que cela peut faciliter l'intégration de la spintronique avec les composants électroniques et photoniques existants.

« Nous sommes très heureux que nos efforts à long terme pour accroître l'expertise requise pour fabriquer des semi-conducteurs hautement contrôlés contenant de l'azote définissent une nouvelle frontière en spintronique. Jusqu'à présent, nous avons eu un bon niveau de succès lors de l'utilisation de tels matériaux pour des dispositifs optoélectroniques, plus récemment dans les cellules solaires à haut rendement et les diodes laser. Nous sommes maintenant impatients de poursuivre ce travail et d'unir la photonique et la spintronique, en utilisant une plate-forme commune pour la technologie quantique basée sur la lumière et le spin, " dit le professeur Mircea Guina, chef de l'équipe de recherche à l'Université de Tampere en Finlande.