Вращение может иметь два направления, обычно обозначаемых как «вверх» и «вниз». В нормальном электронном токе оба направления вращения равны, но если вы хотите использовать спин для передачи информации, вам нужен избыток в одном направлении. Обычно это делается путем инжекции электронов в спинтронное устройство через ферромагнетик, что способствует прохождению одного типа спина. «Но ферромагнетики громоздки по сравнению с другими компонентами», – говорит Ян.
ДНК
Вот почему прорыв 2011 года, опубликованный в Science, привлекает повышенное внимание.
В этой статье описывается, как прохождение тока через монослой двойных спиралей ДНК способствует одному типу спина.Молекулы ДНК хиральны, что означает, что они могут существовать в двух формах, которые являются зеркальным отображением друг друга – как левая и правая рука. Это явление было названо хиральной индуцированной спиновой селективностью (СНПЧ), и за последние несколько лет было опубликовано несколько экспериментов, которые якобы продемонстрировали этот эффект СНПЧ даже в электронных устройствах.
«Но мы не были так уверены», – объясняет Ян. В одном типе экспериментов использовался монослой фрагментов ДНК, в то время как в другом использовался атомно-силовой микроскоп для измерения тока через отдельные молекулы.
В экспериментах использовались разные хиральные спирали. В моделях, объясняющих, почему эти молекулы будут отдавать предпочтение одному из спинов, было сделано множество предположений, например, о форме молекул и пути, по которому движутся электроны.’
Схемы
Поэтому Ян решил создать общую модель, которая могла бы описать, как спины будут проходить через разные цепи в линейном режиме (я.е. режим, в котором работают электронные устройства). «Эти модели основывались на универсальных правилах, не зависящих от типа молекулы», – объясняет Ян. Одно из таких правил – сохранение заряда, которое гласит, что каждый электрон, который входит в цепь, должен в конечном итоге выйти из нее.
Второе правило – это взаимность, которая гласит, что если вы поменяете местами контакты напряжения и тока в цепи, сигнал должен остаться прежним.
Затем Ян описал, как эти правила повлияют на передачу и отражение спинов в различных компонентах, например, в хиральной молекуле и ферромагнетике между двумя контактами. Универсальные правила позволили ему вычислить, что происходит со спинами в этих компонентах.
Затем он использовал компоненты для моделирования более сложных схем. Это позволило ему рассчитать, чего ожидать, если хиральные молекулы покажут эффект СНПЧ, и чего ожидать, если они этого не сделают.
Убедительный
Когда он смоделировал опубликованные до сих пор эксперименты с СНПЧ, Ян обнаружил, что некоторые из них действительно неубедительны. ‘Эти эксперименты недостаточно убедительны. Они не показывают разницы между молекулами с СНПЧ и без них, по крайней мере, в линейном режиме электронных устройств.Кроме того, любое устройство, использующее всего два контакта, не сможет доказать наличие СНПЧ.
Хорошая новость заключается в том, что Ян разработал схемы с четырьмя контактами, которые позволят ученым обнаруживать эффект СНПЧ в электронных устройствах. «В настоящее время я также работаю над такой схемой, но, поскольку она состоит из молекулярных строительных блоков, это довольно сложная задача.’
Публикуя свою модель сейчас, Ян надеется, что больше ученых начнут строить схемы, которые он предложил, и, наконец, смогут доказать существование СНПЧ в электронных устройствах. «Это было бы большим вкладом в жизнь общества, так как это может дать возможность по-новому взглянуть на будущее электроники.’