تزریق موثر اسپین الکترون در سیلیکون

دانشمندان مرکز تحقیقات دریایی (NRL) توانستند با موفقیت جریانی از الکترون‌های
دارای اسپین قطبی را از یک اتصال فلزی فرومغناطیس به سیلیکون تزریق نموده و
یک قطبش اسپین الکترون بالا در سیلیکون ایجاد نمایند.

سیلیکون تاکنون پرمصرف‌ترین نیمه‌هادی در تولید ابزارها بوده و اساس
الکترونیک مدرن به حساب می‌آید. کار انجام شده توسط این محققان کلید اصلی
توسعه ابزارهایی است که به جای بار الکترون، بر اسپین آن متکی می‌باشند؛
این عرصه جدید که اسپینترونیک نیمه‌هادی نامیده می‌شود، انتظار می‌رود منجر
به تولید ابزارهایی شود که در عین مصرف کمتر انرژی، کارایی بالاتری داشته و
انتشار گرما در آنها بهتر صورت می‌پذیرد.

با رسیدن به مقیاس اتمی، کاهش اندازه ابزارهای الکترونیکی محدود شده (قانون
مور) و روش‌های جدیدی باید توسعه یابند. تحقیقات بنیادی انجام شده در NRL و
جاهای دیگر نشان می‌دهند که می‌توان از گشتاور زاویه‌ای اسپین (مشخصه
بنیادی دیگر الکترون) برای ذخیره‌سازی و پردازش اطلاعات در ابزارهای مبتنی
بر فلزات و نیمه‌هادی‌ها استفاده کرد.

بسیاری از موفقیت‌های حاصل شده در تحقیقات بنیادی اولیه، بر نیمه‌هادی‌های
III-V همانند آرسنید گالیوم که دارای شکاف باندی مستقیم هستند، مبتنی بوده
است. در این نیمه‌هادی‌ها می‌توان به راحتی از روش‌های قدرتمند طیف‌سنجی
نوری استفاده نموده و سیستم اسپینی را به صورت دقیق پیمایش نمود.

در مقابل با وجودی که سیلیکون بر صنعت نیمه‌هادی کاملاً احاطه دارد، پیشرفت
بسیار کمی در مورد این نیمه‌هادی‌ صورت گرفته است. تزریق و انتقال موثر
اسپین در سیلیکون به عنوان هدف نهایی اسپینترونیک نیمه‌هادی به شمار می‌آید.

تحقیق اخیر انجام شده توسط محققان NRL نشان می‌دهد که می‌توان از طریق
تزریق جریان از یک فلز فرومغناطیس مانند یک فیلم آهنی، به قطبش بالای اسپین
الکترون در سیلیکون دست یافت.

این محققان نتایج کار خود را در مجله Nature Physics منتشر کرده‌اند.