La spintronique est un domaine émergent dans lequel le spin des électrons, plutôt que la charge, est utilisé pour traiter les données. Malheureusement, l'essorage ne dure que très peu de temps, le rendant difficile à exploiter en électronique. Des chercheurs du Kavli Institute of Nanoscience de la TU Delft, en collaboration avec l'institut AMOLF de l'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique, ont maintenant trouvé un moyen de convertir les informations de spin en un signal lumineux prévisible à température ambiante. La découverte rapproche les mondes de la spintronique et de la nanophotonique et pourrait conduire au développement d'un mode de traitement des données économe en énergie, dans les centres de données, par exemple. Les chercheurs ont rendu compte de leurs résultats dans Science .

La recherche a porté sur une nano-construction composée de deux composants :un fil d'argent extrêmement fin, et un matériau 2-D appelé disulfure de tungstène. Les chercheurs ont attaché le fil d'argent à une tranche de disulfure de tungstène mesurant seulement quatre atomes d'épaisseur. En utilisant une lumière polarisée circulairement, ils ont créé ce qu'on appelle des « excitons » avec un sens de rotation spécifique. La direction de cette rotation pourrait être initialisée en utilisant la direction de rotation de la lumière laser.

L'état original

Les excitons sont en fait des électrons qui ont rebondi hors de leur orbite. Avec cette technique, le faisceau laser garantit que les électrons sont lancés sur une orbite plus large autour d'un trou chargé positivement de la même manière qu'un atome d'hydrogène. Les excitons ainsi créés veulent revenir à leur état d'origine. À leur retour sur la plus petite orbite, ils émettent de l'énergie sous forme de lumière. Cette lumière contient les informations de rotation, mais est émis dans toutes les directions.

Pour utiliser les informations de rotation, les chercheurs de Delft sont revenus sur une découverte antérieure. Ils avaient montré que lorsque la lumière se déplace le long d'un nanofil, il s'accompagne d'un champ électromagnétique tournant très proche du fil :Il tourne dans le sens des aiguilles d'une montre d'un côté du fil, et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de l'autre côté. Lorsque la lumière se déplace dans la direction opposée, les directions de rotation changent, trop. Ainsi, le sens de rotation local du champ électromagnétique est verrouillé un à un par rapport à la direction dans laquelle la lumière se déplace le long du fil. "Nous utilisons ce phénomène comme un type de combinaison de serrure, " explique Kuipers. " Un exciton avec un sens de rotation particulier ne peut émettre de la lumière le long du fil que si les deux sens de rotation correspondent. "

Commutateurs opto-électroniques

Un lien direct est créé entre l'information de spin et la direction de propagation de la lumière le long du nanofil. Cela fonctionne presque parfaitement :les informations de rotation sont « lancées » dans la bonne direction le long du fil dans 90 % des cas. De cette façon, les informations de spin fragiles peuvent être soigneusement converties en un signal lumineux et transportées sur de bien plus grandes distances. Grâce à cette technique, qui fonctionne à température ambiante, vous pouvez facilement créer de nouveaux circuits optoélectroniques. Kuipers : "Vous n'avez pas besoin d'un flux d'électrons, et aucune chaleur n'est dégagée. Cela en fait un moyen de transfert d'informations à très faible consommation d'énergie. »

La découverte ouvre la voie à la combinaison des mondes de la spintronique et de la nanophotonique. Kuipers :"Cette combinaison pourrait bien aboutir à des stratégies de traitement de l'information verte à l'échelle nanométrique."

Dans une étude distincte publiée dans le même numéro de Science aujourd'hui, d'autres chercheurs de l'institut Kavli de nanosciences de la TU Delft ont également trouvé un moyen de transférer les informations de spin aux photons.