Une équipe multidisciplinaire de chercheurs en UC est la première à trouver un moyen innovant et novateur de contrôler l'orientation du spin d'un électron à l'aide de moyens purement électriques.

Leurs découvertes ont été récemment publiées dans le prestigieux, revue de haut niveau " Nature Nanotechnologie , " dans un article intitulé " All-Electric Quantum Point Contact Spin-Polarizer ".

Depuis des décennies, les transistors à l'intérieur des radios, les téléviseurs et autres objets électroniques du quotidien ont transmis des données en contrôlant le mouvement de la charge d'un électron. Les scientifiques ont depuis découvert que les transistors qui fonctionnent en contrôlant le spin d'un électron au lieu de sa charge utiliseraient moins d'énergie, génèrent moins de chaleur et fonctionnent à des vitesses plus élevées. Cela a abouti à un nouveau domaine de recherche - l'électronique de spin ou spintronique - qui offre l'un des paradigmes les plus prometteurs pour le développement de nouveaux dispositifs à utiliser dans l'ère post-CMOS (complémentaire métal-oxyde-semiconducteur).

Jusqu'à maintenant, les scientifiques ont tenté de développer des transistors de spin en incorporant des ferroaimants locaux dans des architectures de dispositifs. Il en résulte des complexités de conception importantes, surtout compte tenu de la demande croissante de transistors de plus en plus petits, " dit Philippe Debray, professeur-chercheur au Département de physique du McMicken College of Arts &Sciences. "Un moyen bien meilleur et pratique de manipuler l'orientation du spin d'un électron serait d'utiliser des moyens purement électriques, comme l'activation et la désactivation d'une tension électrique. Ce sera de la spintronique sans ferromagnétisme ou de la spintronique tout électrique, le Saint Graal de la spintronique des semi-conducteurs."

L'équipe de chercheurs dirigée par Debray et le professeur Marc Cahay (Département de génie électrique et informatique) est la première à trouver un moyen innovant et original de contrôler l'orientation du spin d'un électron par des moyens purement électriques.

"Nous avons utilisé un contact ponctuel quantique - un fil quantique court - fabriqué à partir d'arséniure d'indium semi-conducteur pour générer un courant fortement polarisé en spin en ajustant le confinement potentiel du fil par les tensions de polarisation des grilles qui le créent, " dit Debray.

Dans le schéma de gauche, (À gauche) La micrographie électronique à balayage du contact ponctuel quantique illustre schématiquement les électrons non polarisés (spin up et spin down) incidents à gauche sortant de l'appareil polarisés en spin avec spin up. (Droite) Distribution spatiale de la polarisation de spin dans la constriction de contact ponctuel quantique.

Debray continue, "La condition clé pour le succès de l'expérience est que le confinement potentiel du fil doit être asymétrique - les bords opposés transversaux du point de contact quantique doivent être asymétriques. Cela a été réalisé en ajustant les tensions de grille. Cette asymétrie permet aux électrons - grâce à des effets relativistes - d'interagir avec leur environnement via un couplage spin-orbite et d'être polarisé. Le couplage déclenche la polarisation du spin et l'interaction électron-électron de Coulomb l'améliore."

Le contrôle électronique du spin a des implications majeures pour le développement futur des dispositifs de spin. Le travail de l'équipe de Debray est la première étape. La prochaine étape expérimentale serait d'obtenir les mêmes résultats à une température plus élevée en utilisant un matériau différent tel que l'arséniure de gallium.

Source :Université de Cincinnati (actualité :web)