Materialet som kan driva morgondagens kvantenheter
Föreställ dig elektronik som är snabbare, smartare och använder betydligt mindre energi än dagens teknik. I stället för att enbart förlita sig på elektrisk laddning kan framtidens teknologier använda elektronernas spinn – en liten kvantmekanisk egenskap som kan fungera som en av/på-brytare. Detta är grundidén bakom spinntronik, och forskare världen över tävlar om att hitta material som gör det möjligt att kontrollera spinn på ett enkelt sätt.
Ett centralt fenomen inom spinntronik är Rashba-effekten, som uppstår i material som saknar perfekt symmetri. Effekten delar upp elektronernas energinivåer beroende på deras spinn och gör det möjligt att styra spinn med hjälp av enkla elektriska fält – helt utan magneter.
I en nyligen publicerad studie Tuning Rashba spin textures in asymmetric Bi2O2Se monolayer for spintronic applications undersökte KTH-forskarna Raquel Lizarraga och Deobrat Singh, tillsammans med forskarkollegan Yogesh Sonvane från Surat i Indien, ett särskilt ultratunt material kallat Bi₂O₂Se (vismutoxikalkogenid). När materialet tillverkas som ett enda atomlager med en asymmetrisk struktur skapas ett inbyggt elektriskt fält. Detta interna fält ger upphov till en stark Rashba-effekt – något som inte förekommer i materialets bulkform.
Ännu mer spännande är att Rashba-effekten i detta material är justerbar. Genom att töja materialet eller applicera ett yttre elektriskt fält kan forskarna öka eller minska spinnuppdelningen.
– Detta innebär att spinn kan kontrolleras, vilket öppnar dörren för spinnbaserade transistorer och kvantenheter. Materialet är dessutom stabilt och tål mekanisk töjning, vilket gör det realistiskt för framtida teknologier, säger Deobrat Singh, postdoktor vid Institutionen för Materialvetenskap vid KTH.
Dessa upptäckter visar att asymmetriskt Bi₂O₂Se kan bli en kraftfull plattform för nästa generations elektronik, kvantberäkningar och avancerade sensorer. Med möjligheten att styra spinn elektriskt för detta tvådimensionella material oss ett steg närmare ultrasnabba, energisnåla och kvantredo enheter.
– En av de fina sakerna med 2D-material är att de kan bete sig helt annorlunda än sina bulk-motsvarigheter. Här är Rashba-spinnuppdelningen tydligt närvarande, till skillnad från i bulkmaterialet där den i princip saknas. Det gör detta 2D-system särskilt lovande för spinnbaserad elektronik, säger docent Raquel Lizárraga vid Institutinen för Materialvetenskap vid KTH.
Text: Rita Nõu