Условно двухмерные материалы позволили создать комбинацию спинтроники и нанофотоники

Преобразование света

Спинтроника — это область, родственная электронике, только в ней для передачи информации используется не электрический заряд, а волны, обусловленные вращением электронов, их спином. К сожалению, спин электронов может находиться в стабильном состоянии лишь очень короткое время, что препятствует дальнейшему изучению и практическому использованию спинтронных эффектов. Исследователи из Института изучения нанотехнологий (Kavli Institute of Nanoscience) Технического университета Делфта (TU Delft), Голландия, нашли работающий при комнатной температуре способ преобразования информации, представленной в виде спина электронов, в соответствующий оптический сигнал. В данной работе использовалась комбинация принципов спинтроники и нанофотоники, а ключевым моментом, позволившим создание такой комбинации, стало использование условно двухмерных материалов.

Созданное учеными устройство очень просто, оно состоит из двух компонентов, тончайшей серебряной нити и слоя двухмерного материала, дисульфида вольфрама. Один конец серебряной нити прикреплен к небольшому кусочку пленки дисульфида вольфрама, которая имеет толщину в четыре атома. Используя циркулярный поляризованный свет, ученые создали в этом материале квазичиастицы, экситоны, имеющие определенное направление вращения заключенного в них электрона.

Экситоны состоят из электронов, которые «выпрыгнули» со своего места под воздействием фотона света и вращаются вокруг возникшей на их месте положительно заряженной электронной дырки. Как и любая физическая система, в которой заключена избыточная энергия, экситон стремится вернуться в самое низкоэнергетическое исходное состояние. И когда электрон переходит на более низкую орбиту, сближаясь с электронной дыркой, экситон излучает фотон света. Этот фотон содержит в себе информацию о спине электрона, но в обычных условиях он излучается экситоном в совершенно случайном направлении.

При создании устройства ученые использовали открытый ранее необычный эффект. В момент, когда свет проходит вдоль нанопроводника, возникает вращающееся электромагнитное поле, направление вращения которого зависит от того, с какой стороны от нанопроводника проходит свет. «Мы использовали это явление в качестве «комбинации к замку», позволяющей упорядочить направление излучения света экситоном» — пишут исследователи, — «В нашем устройстве свет излучить могут только те экситоны, спин которых совпадает с направление электромагнитного поля нанопроводника. И при этом, излучаемый ими свет всегда направлен параллельно нанопроводнику».

Проведенные эксперименты показали, что спин-информация, заключенная в излученных фотонах света, передается в правильном направлении в 90 процентах случаев. Это уже позволяет получить достаточно уверенный оптический сигнал, который можно усилить и передать на большое расстояние. Благодаря тому, что все это работает при комнатной температуре, достаточно просто изготовить оптоэлектронную схему, использующую данную функцию. «Для работы нашего устройства не требуется движения потока электронов и не выделяется никакого тепла» — пишут исследователи, — «Поэтому разработанный нами способ является самым эффективным с энергетической точки зрения способом передачи информации».

Данное достижение открывает путь к практическому объединению миров спинтроники и нанофотоники. Это, в свою очередь, может стать в будущем основой новых принципов и технологий обработки и передачи информации на наноразмерном уровне.

Share Button

Материалы по теме:

Создан самый тонкий оптический световод, толщина которого составляет всего три атома
Разработчики современных оптических устройств всеми силами пытаются сделать эти устройства все меньшими и меньшими. Их конечной целью является создание интегрированных фотонных чипов, размеры которых ...
Использование графена позволило создать самый маленький в мире датчик-акселерометр
Буквально каждый день исследования в области нанотехнологий и наноматериалов приносят нам нечто новое и интересное. Ярким примером тому является новый крошечный датчик-акселерометр, изготовленный из ...
RV16X-NANO — первый 16-разрядный программируемый процессор на углеродных нанотрубках
Инженеры из Массачусетского технологического института и специалисты известной компании Analog Devices совместными усилиями создали первый полностью программируемый 16-разрядный микропроцессор на углеродных нанотрубках. Схема этого ...
Машины-монстры: Самое маленькое электромеханическое реле, срабатывающее от напряжения в 50 милливольт
Существует мнение, что практически все устройства из разряда Интернета Вещей (Internet of Things, IoT) следующих поколений будут сами снабжать себя требующейся для их работы ...
Создан крошечный уникальный резонатор, способный генерировать сразу несколько частот
В большинстве современных устройств, начиная от простейших электронных часов, используются специальные компоненты, называемые тактовыми генераторами, которые при подаче на них соответствующего сигнала начинают выдавать ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика