Only Perception: 控制電子自旋的新技術：彈道自旋共振

2009-04-20

控制電子自旋的新技術：彈道自旋共振

Physicists put a new spin on electrons
http://www.physorg.com/news159022445.html

April 15th, 2009

在它這類的首度證明中，（加拿大） British Columbia 大學（UBC）的研究者使用一種彈道技術來控制電子的自旋：使電子彈跳通過一個精密建造的、二維半導體層的微小通道。

這是一個半導體的固有特性 -- 不是外部電或磁場 -- 首度被用來達成這種效果。這些發現，發表在本週的 Nature 上，對於所謂「自旋電子學（spintronic）」電路 -- 使用指向性的電子自旋來儲存與處理資料的系統 -- 的發展可能有重要的影響。

"需要用到高頻外部場來控制自旋，對於使用電子以進行資訊處理或用於自旋電子電路而言，是主要絆腳石之一，" Joshua Folk 提到，此計畫的首席研究者，以及奈米結構物理學的 Canada Research Chair。"我們證明，只要設計出正確的電路幾何學並讓電子自由地移動通過它，電子的自旋可受到控制而無須外部場。"

這項新技術使用電子在半導體微通道內的自然交互作用來控制它們的自旋 -- 這種技術是一大進步，但彈性仍不足以為業界應用，Folk 提到，該校物理與天文系助教授，他經由 MIT 來到 UBC。

使用某電子自旋的電子系統 -- 一種量子力學特性，有兩種變化：上或下 -- 運作將類似於今日的電晶體，不過體積更小且使用較少能量。

當前，僅有電荷負責電路中的邏輯功能。由這些迴路所消耗的電力正是更快、更強大處理器的主要障礙。一個自旋電子學電路，有潛力藉由將電子自旋當作是 1 bit 資訊來儲存與操縱，而使用較少電力。（後略譯）

Folk 及其團隊的下一步 -- 與德國 Regensburg 大學的同僚合作 -- 將包括使用新裝置對於電子的排列與軌道取得更精確的控制。

＊更多資訊：
http://www.physics.ubc.ca/~jfolk

※ 相關報導：

＊ Ballistic spin resonance
http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7240/abs/nature07873.html

S. M. Frolov, S. Luscher, W. Yu, Y. Ren, J. A. Folk &
W. Wegscheider
Nature 458, 868-871 (16 April 2009)
doi: 10.1038/nature07873

.... Here we report electron spin resonance due to a spin–orbit （自旋 -- 軌域）interaction that does not require external driving fields. The effect, which we term ballistic spin resonance, is driven by the free motion of electrons that bounce at frequencies of tens of gigahertz in micrometre-scale channels of a two-dimensional electron gas. This is a frequency range that is experimentally challenging to access in spin resonance, and especially difficult on a chip. The resonance is manifest in electrical measurements of pure spin currents -- we see a strong suppression of spin relaxation（自旋馳豫）length when the oscillating spin–orbit field is in resonance with spin precession（自旋進動、自旋旋進）in a static magnetic field. These findings illustrate how the spin–orbit interaction can be harnessed for spin manipulation in a spintronic circuit, and point the way to gate-tunable coherent spin rotations in ballistic nanostructures without external alternating current fields.