Spintroniikan edistymisen esteenä on ollut spinien hallinnan menetys. Asia on kiusannut tutkijoita jo vuosia. Nebraska-Lincolnin yliopiston fyysikot ovat tunnistaneet materiaalin, jonka kiteinen rakenne pystyy paremmin ylläpitämään elektronin spinin.
Kun nykyään hyödynnetään elektronin varausta määrittämään 1 tai 0, aikanaan samalla tavalla spintroniset laitteet voivat lukea elektronin spinin orientaatiota ylös tai alas. Erityisesti rakenteet, jotka operoida molemmilla tavoilla voivat käsitellä ja tallentaa informaatiota nopeuksilla, jotka ylittävät helposti nykyiset markkinoilla käytettävissä olevat mikropiirit.
Elektronin spinin orientaatio voi kuitenkin kääntyä kvanttimaailmaan oikuista varsin herkästi. Se on ongelma sähköinsinööreille. Yksi lupaava ratkaisu liittyy jännitteen ohjaamiseen porttiin, joka jo nykyään sanelee elektronien virtaa.
Jännite voi "kirjoittaa" elektronien spinin ylös tai alas. Mutta piirien nanoskooppisessa rakenteessa olevat väistämättömät viat voivat muuttaa elektronien nopeutta tai liikerataa ja sitä kautta muuttaa tarkoitettuja spintiloja ennen kuin prosessori saa ne luettua, mikä johtaa virheisiin.
Nebraska-Lincolnin yliopistossa tehtyjen laskelmien perusteella kiteisellä vismutti-indiumoksidi -materiaali on atomisesti symmetrinen. Tämä näyttää kiinnittävän elektronin spinin tiettyyn suuntaan, joka on riippumaton sen momentista. Löydön myötä insinöörit voisivat alkaa käyttää jännitettä sanelemaan spiniä murehtimatta sitä, miten viat vaikuttavat elektronin momenttiin.
Vismutti-indiumoksidin atomisymmetria on luultavasti olemassa muissakin kiteisissä materiaaleissa. Tämä tarkoittaa, että materiaalitieteilijät todennäköisesti löytävät muita ehdokkaita, joilla on sama ominaisuus.
Spintroniset laitteet käyttävät jo nyt huomattavasti vähemmän energiaa kuin standardielektroniikka ja potentiaali kirjoittaa spinorientaatiota jännitteellä sähkövirran sijaan voisi tehdä laitteista entistä tehokkaamman - mahdollisesti jopa tuhat kertaa tehokkaampia, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 28.11.2018
