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二维材料有望开辟节能信息传输新途径
2018-01-31
    [据每日科学网站2018年1月25日报道]  研究二维材料中的自旋电子学是一个新兴的领域,利用电子的“自旋”,而不是电荷,来处理数据。不幸的是,电子自旋只能持续很短的时间,使得其在电子器件中很难被利用。现在德国法兰克福大学Kavli纳米科学研究所代的研究人员与荷兰科学研究机构AMOLF研究所合作,已经找到了一种在室温下将电子自旋信息转换成可预测的光信号的方法。这一发现使自旋电子学与纳米光子学更加紧密地联系在一起,并可能带来一种高效的处理数据的方式。研究人员在《自然》杂志上对该成果进行了说明。
    这项研究开发了一个由两部分组成的纳米结构:极薄的银线和二维材料二硫化钨。研究人员将银线连接到厚度仅为四个原子的二硫化钨片上,用圆偏振光,产生了具有特定自旋方向的“激子”。该自旋的方向可以使用激光的旋转方向初始化。
    原始状态
    激子是从轨道弹出的电子。利用这种技术,激光束能够确保电子发射到带正电荷的空穴周围的更宽的轨道上,其方式与氢原子几乎相同。由此产生的激子想要回到原来的状态,即返回到低能轨道上时,需要以光的形式发出能量。该光束包含自旋的信息,但会向各个方向发射。
    为了使自旋信息能够被使用,研究人员重新研究了早期的发现。他们已经表明,当光沿着纳米线移动时,在非常接近导线的地方伴随着旋转电磁场:该电磁场在导线的一侧顺时针旋转,而在另一侧逆时针旋转。当光线向相反方向移动时,旋转方向也会改变。因此电磁场的局部旋转方向与光线沿着导线行进的方向是一一对应的。Kuipers解释说:“我们将这种现象用作一种组合闭锁方式。如果两个旋转方向一致,具有特定旋转方向的激子只能沿着导线发射光。”
    光电开关在自旋信息和光沿纳米线的传播方向之间建立了直接的联系。它的工作原理几乎是完美的:在90%的情况下,自旋信息沿着导线的正确方向“发射”。在这种情况下,可以将微弱的自旋信息转换为光信号,并将其传输到更远的距离。由于这种在室温下工作的技术,可以轻松制造新的光电电路。 Kuipers说:“这不需要电子流,也不会释放热量,使信息传输成为一种非常低能的方式。”

    这一发现为将自旋电子学与纳米光子学相结合开辟了道路。 Kuipers:这种组合很可能会带来纳米级的节能信息处理策略。(工业和信息化部电子第一研究所  张慧)

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