|
گروهی از مهندسان دانشگاه Buffalo، ابزار جدیدی را توسعه داده‌اند که می‌تواند
اسپین منفرد یک الکترون را به‌آسانی به دام انداخته، شناسایی و با مهارت
دستکاری کند. بدین ترتیب می‌توان بر برخی از موانع اصلی در مسیر پیشرفت
Spintronics و محاسبات کوانتومی مبتنی بر اسپین غلبه کرد.
این مقاله تحقیقاتی در مجله Physical Review Letters به چاپ رسیده‌است.
Jonathan Bird ، استاد مهندسی الکترونیک دانشکده مهندسی و علوم کاربردی
دانشگاه Buffalo و محقق اصلی این پروژه، می‌گوید:” دستکاری اسپین الکترون‌های
منفرد، در صورت موفقیت، دریچه‌های جدیدی از نمونه ابزارهای نانوالکترونیکی
را خواهد گشود. در این مقاله، مسیر جدیدی را تشریح می‌کنیم که به ما اجازه
می‌دهد تا در قالب الگویی که پتانسیل افزایش مقیاس به مدارهای کامل متراکم
را دارد، اسپین‌های یک الکترون منفرد را به دام انداخته، شناسایی و با
مهارت دستکاری کنیم.
اخیراً گروه‌های متعددی به دام‌اندازی اسپین منفرد را گزارش کرده‌اند؛ ولی
همه آنها از نیمه‌هادی‌های نانومقیاس مبتنی بر نقاط کوانتومی که تنها می‌توانند
اسپین را در دماهای فوق‌العاده سرد(زیر ۱ کلوین) به دام اندازند، استفاده
کردند. سرد کردن ابزارها و کامپیوترها تا آن دما به‌طور معمول امکان‌پذیر
نیست و حساسیت سیستم را نیز از بین می‌برد.
گروه دانشگاه Buffalo، اسپین را در دمایی حدود۲۰ کلوین به دام انداخته،
شناسایی کردند، که به گفته Bird در سطحی است که امکان توسعه یک فناوری
بادوام را برای ما فراهم می‌کند. به علاوه، سیستمی که آنها توسعه داده‌اند
نیازمند، گیت‌های منطقی (اجزایی در نیمه‌رساناها که جریان الکترونی را
کنترل می‌کند) نسبتاً کمتری است که ساخت مدارهای یکپارچه پیچیده را بسیار
آسان می‌کند.
این محققان با استفاده از اتصال نقاط کوانتومی ، انقباضات باریک و
نانومقیاس که جریان بارهای الکتریکی را بین دو ناحیه رسانای یک نیمه‌رسانا
کنترل می‌کنند، به این موفقیت دست یافتند. این مقاله با ارائه شواهدی نشان
می‌دهد که به دام انداختن اسپین می‌تواند با اتصال نقاط کوانتومی به دست
آید و می‌توان به‌طور الکتریکی آنها را دستکاری کرد.
سیستمی که آنها توسعه داده‌اند، جریان الکتریکی را با اعمال گزینشی ولتاژ
به گیت‌های فلزی ـ که بر روی سطوح نیمه‌رسانا ساخته شده ـ در آن نیمه‌رسانا
هدایت می‌کند. این گیت‌ها در بین خود یک شکاف نانومقیاس دارند که در اثر
اعمال ولتاژ، اتصال نقاط کوانتومی در این شکاف انجام می‌گیرد. تغییر ولتاژ
اعمال‌شده به گیت‌ها، عرض شکاف را به‌طور پیوسته کمتر کرده، سرانجام کاملاً
می‌بندد.
با افزایش بار روی گیت‌ها، این شکاف شروع به بسته شدن می‌کند، و در نتیجه
الکترون‌های کمتری از این طریق عبور کنند تا اینکه سرانجام عبور آنها کاملاً
متوقف می‌شود. در حین تنگ شدن گیت و قبل از اینکه کاملاً بسته شود، می‌توان
به دام افتادن آخرین الکترون و اسپین آن را تشخیص داد. به دام‌اندازی اسپین
در این لحظه، از تغییر در جریان الکترونی جاری‌شده، با نیمه دیگر ابزار
تشخیص داده می‌شود؛ زیرا هر ناحیه از ابزار به آنچه که در ناحیه دیگر اتفاق
می‌افتد، حساس است.
همینک این پژوهشگران پس از به دام انداختن اسپین منفرد و شناسایی آن، در
حال کار کردن بر روی به دام‌اندازی و تشخیص دو یا تعداد بیشتری اسپین هستند
که می‌توانند با یکدیگر ارتباط داشته باشند و شرط لازم برای Spintronics و
محاسبات کوانتومی به شمار می‌روند.
|
