可充电 ‘自旋电池’ 承诺为自旋电子学和量子计算

研究人员展示了如何创建可充电”旋转电池”做成的材料被称为拓扑绝缘体，建造新的自旋电子设备和量子计算机的步。

这个显微镜图像显示新的设备，用来衡量”持续自旋极化”为可充电电池”自旋电池”表示对建立可能的自旋电子设备和更强大比当今技术的量子计算机的步骤。（普渡大学图像/吉发田）

与普通绝缘体或导体的材料，不同拓扑绝缘体都在同一时间 — — 他们是内部的绝缘体，但导电表面上。材料可能被用于自旋电子设备和量子计算机比今天的技术更强大。

电子可以被认为是有两个自旋态︰ 向上或向下，和一种现象被称为叠加态允许电子在同一时间出现在两个国家。此类属性可以用于使用量子力学，使计算机速度远远超过传统计算机在某些任务的法则进行计算。

对拓扑绝缘体的表面传导电子具有键属性称为”旋转的动量锁，”在其中的电子的运动方向确定其旋转方向。这种旋转可以用于编码或携带的信息，通过使用向下或向上方向来代表 0 或 1 表示基于自旋的信息处理和计算或自旋电子学。

“由于旋转动量的锁定，而您可以使自旋电子排队或锁定在一个方向是否你通过拓扑绝缘体材料，通过的电流，这是一个非常有趣的效果，”陈说永体育，普渡大学的物理学和天文学教授和电气和计算机工程和普渡大学量子中心主任。

将电流应用于材料诱导的电子”自旋极化”可能用于自旋电子学。通常情况下，当前必须保持打开，保持这种两极化。然而，在新的研究结果，普渡大学研究者是诱导持续两天的长寿命电子自旋极化的第甚至当前已关闭。电子自旋极化检测磁电压探头，充当自旋敏感电压表在一种称为”自旋电位法”。

新发现的细节出现在 4 月 14 日在科学进展 》 杂志上的研究论文。实验由博士后研究助理吉发田率领。

田说:”这种电控持久性自旋极化率与前所未有的长寿命可以启用旋转可充电电池和潜在的应用程序的可擦写自旋内存在自旋电子学和量子信息系统，”。

此示意图描述建议”自旋转移”的电子向原子核在材料被称为拓扑绝缘体，建造新的自旋电子设备或量子计算机有前途步。（普渡大学图像/吉发田）下载图像

这”写作的当前”可以比作记录，那些和零在计算机内存中。

“然而，一个更好的模拟是一个电池，”陈说。”当前写作就像充电电流。速度太慢，就像为一两个小时，充电你的 iPhone，然后它可以输出功率为几天。这是类似的想法。我们使用当前在半小时或一小时写这篇文章这自旋电池充电，然后旋转呆极化两天，像可充电的电池。

这一发现是一个惊喜。

“这不可预测的也不事我们正在寻找我们开始做实验的时候，”他说。”这是一个偶然的发现，由于继发的耐心和恒心，运行多次，重复测量和有效充电自旋电池输出可衡量的持久性自旋极化信号。

研究人员不能确定是什么原因导致的影响。然而，有一种理论是，自旋极化的电子可能会转移到原子核材料中其偏振。这一假说作为一个可能的解释，对实验提出了 Supriyo 达塔、 普渡大学的托马斯 · 邓肯杰出教授的电气和计算机工程和领袖最近推出普渡”自旋电子学卓越的团队倡议”。

“在一次会议上，教授达塔提出关键的建议，认为吉发观察持续自旋信号看起来就像一个电池，”陈说。”有一些类似实验早做核自旋供电的电池，虽然它们通常需要更多具有挑战性的条件，如高磁场。我们观察到目前为止是符合也从核旋转，所产生的影响虽然我们没有直接的证据。

核自旋有量子记忆和量子计算对发展的影响。

“，现在我们有电的方式来实现这一点，意思它量子电路可能有用，因为你就能度过当前和你极化核自旋，”陈说。”传统上，已经很难实现。我们旋转电池基于拓扑绝缘体甚至在零磁场和适度低温等数万，000k，这是非常不寻常的作品。

Seokmin 香港，前普渡大学博士生工作与达塔现在是一名软件工程师在英特尔公司，说:，”虽然普通充电电池输出电压，可以用来驱动的充电电流，’自旋电池’ 输出 ‘旋转电压’ 或更确切地说化学势差自旋降速电子，这也可以用来驱动一个非平衡旋转当前。

研究人员使用一种叫做铋碲硒化物材料的小雪花。它是在与碲化铋，背后等商业热电制冷器的固态冷却技术是相同的一类材料。然而，不像是一种”掺杂”大容量半导体商业级材料，实验中所用的材料精心制作而成有超高高纯度和小掺杂散装所以传导由表面上的自旋极化电子。它通过在半导体散装水晶实验室由陈在普渡大学的物理系和天文学的研究科学家 Ireneusz Miotkowski 合成了。设备备了田在普渡大学愉景新城空心砖纳米技术中心。