Genombrottet tar kvantdatorn närmare vardagsrummet

Spinntronik innebär att man utnyttjar en kvantegenskap hos elektroner, nämligen elektronernas spinn, för att lagra, bearbeta och överföra information. När detta används i modern elektronik innebär det bland annat att energiförbrukningen minskar samtidigt som lagringsmöjligheterna ökar.

Problemet är att detta fungerar dåligt i rumstemperatur, eftersom elektronernas spinnriktning – polariseringen – växlar mer slumpvis ju varmare det blir. Tidigare forskning har uppnått som högst 60 procent elektronspinnpolarisering, men nu har forskare i ett projekt vid universiteten i Linköping, Tammerfors och Hokkaido lyckats uppnå över 90 procent elektronspinnpolarisering vid rumstemperatur.

Spinn styrs på avstånd med hjälp av filter

Hemligheten är den nanostruktur som forskarna har konstruerat av lager av olika halvledarmaterial. Framstegen har publicerats i den vetenskapliga publikationen Nature Photonics. Nanostrukturen innehåller kvantprickar, vars elektronspinn kan styras på avstånd av forskarna med hjälp av ett spinnfilter, som består av ett lager med galliumkvävearsenid (GaNAs). Kvantprickarna består av indiumarsenid (InAs) och mellan dessa lager finns ett lager av galliumarsenid (GaAs).

Som Ny Teknik tidigare har skrivit har kvantprickar en enorm potential och förväntas få samma stora betydelse som halvledare har i dagsläget, även om spinntroniken först kommer att användas i specialdatorer och liknande. Frågan är dock när spinntroniken faktiskt blir tillgänglig i vanlig hemelektronik?

– Det är en utmärkt fråga men tyvärr är svaret inte så enkelt eftersom forskningsresultatets väg till marknaden beror på så många olika faktorer. För metallbaserad spinntronik tog det cirka tio år från upptäckten av jättemagnetoresistans (GMR) till dess att den började användas i läshuvuden på hårddiskar. Detta anses dock vara ett snabbspår eftersom det vanligtvis tar mycket längre tid från vetenskaplig upptäckt till kommersialisering, säger Weimin Chen, fysikprofessor på Linköpings universitet, till Ny Teknik.

En av många byggstenar mot kommersialisering

Han säger att det senaste forskningsframsteget bara är en av många byggstenar som krävs för att kunna kommersialisera framtida halvledarspinntronik. Dessutom menar han att det även krävs framsteg inom andra områden än spinntronik för att detta ska kunna bli verklighet.

– Trots detta föreställer jag mig att de första tillämpningarna av vår forskning skulle kunna vara spinn-lysdioder och spinnlasrar, som kan användas för att konvertera spinnkodad information till ljuskodad information som kan överföras genom optisk kommunikation. Även om det är möjligt att tillverka fungerande hårdvara inom några år så är deras användning i samhället knutet till utvecklingen av spinnlogik och minneskomponenter som kan vara bärare av spinninformation, säger Weimin Chen.