Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Superconducting Triplet Spintronics: generation, control and application

Alternativ tittel: Superledende Triplet Spinntronikk: generasjon, kontroll og applikasjon

Tildelt: kr 7,7 mill.

Klassisk databehandling bruker elektronisk ladning for å overføre og manipulere informasjon. Elektroner har imidlertid andre kvanteegenskaper som ikke utnyttes i elektronikk. Spinntronikk undersøker bruken av egenskapen spinn istedenfor, eller i forbindelse med, elektronisk ladning. Ved å gjøre mer med mindre er målet å revolusjonere databehandlingshastighet, kapasitet, stabilitet og energieffektivitet. Manipulering av spinn krever vanligvis magneter og høye strømmer. Alle som har holdt en elektronisk enhet når den lades, vet at strømmer fører til oppvarming. Avkjøling medfører da en betydelig energikostnad. For eksempel avkjøles tungregningsmaskiner med opptil 17.000 liter vann per sekund, og omtrent 3% av Europas energiforbruk går til tungregning og datasentre. Strømtettheten ved spinnmanipulering kan være opptil ti tusen ganger større enn det som brannsikkerhetsforskrifter tillater i elektriske ledninger. For å redusere varmeeffekten kan vi bruke superledere. Disse er relativt vanlige materialer, hvor elektroner kan flyte uten varmedannelse når de kjøles til kryogene temperaturer. Det kan være en betydelig energifordel å kjøle superledere for å oppnå høye strømmer, f.eks. som for MR-skannere. Superledning er forårsaket av et spesielt forhold mellom spinnene til elektronpar. I det unge feltet Superledende Spinntronikk utnyttes disse spinnene til databehandling, samtidig som man høster kjølefordelen. Dessverre ødelegger magneter superledning raskt, som begrenser applikasjonsmulighetene. Ved å konstruere systemet til å omgruppere spinnene i nye par som kalles "tripletter", påvirkes ikke superledningen av magnetiske felt. Dette prosjektet vil vise hvordan tripletter kan genereres og kontrolleres i nye systemer, og løfte kald spinntronisk databehandling til uutforskede applikasjonsklasser. Ved å utfordre det tradisjonelle paradigmet for hvordan enheter bygges og effekter medieres, vil vi utvikle teorien for å vise tripletter som et kraftig og allsidig verktøy for beregning. I prosjektets første år har vi publisert et prinsippbevis som viser hvordan superledere og ferromagneter kan interagere via lys, noe som betyr at vi kan studere denne interaksjonen uten at deres egenskaper ødelegger hverandre. Vi har utvidet denne undersøkelsen ved å utvikle den kvantemekaniske beskrivelsen av samspillet, og forventer å sende disse resultatene til fagfellevurdering mot slutten av året. Videre har vi vist at geometrisk krumning kan brukes til å generere og kontrollere tripletter i materialer som er robuste mot urenheter. Dette åpner en ny retning for design av spintroniske enheter, samt nye mål for grunnleggende forskning på geometriske effekter. Vi har identifisert flere nye, lovende retninger, som vil danne grunnlaget for en fremtidig finansieringssøknad. Vi har diskutert funnene våre og gruppens mål med et bredt spekter av publikum, fra fysikkstudenter til den generelle befolkningen via YouTube, og fra videregående studenter i Australia til teaterprodusenter i England.

The rapidly developing field of spintronics, where quantum spins are used as information carriers in place of or in conjunction with electrons in conventional electronics, has the potential to revolutionize the speed, capacity and energy efficiency of computation. Spintronic nanostructures can be incorporated into existing semiconductor systems, and are therefore also strong candidates for scalable quantum computing, which utilizes the quantum state to provide unprecedented computational capacity. The primary challenge in spintronics is to limit the excessive heating that occurs due to the large current magnitudes typically required to induce magnetization/spin dynamics. Investigations into the superconducting proximity effect, where properties of adjacent materials “leak” across interfacial barriers in multi-layered nanostructures, have indicated that it will be possible to solve this problem by harnessing superconductive dissipationless currents. The correlations carrying conventional superconductivity have zero net spin (singlets). These are not compatible with magnetic spintronic structures due to their rapid decay. However, it is possible to polarize the pairs to carry net spin (triplets), which extends their range significantly, to the extent that they can be used as information carriers in superconducting spintronics. This project will provide the theoretical foundation for generating and controlling triplet superconducting correlations in three novel systems: non-equilibrium nanowires with curvature, spatially separated hybridization with magnetic excitations in a microwave cavity, and triplet/qutrit entanglement in superconductor-ferromagnet thin-films. This will present new design applications, a pathway for union with quantum optics and long-range signal transfer, and decoherence-robust entanglement. The results will have a significant impact on the future of high-efficiency, low-dissipation spin transport in spintronics and quantum computing.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek