在未来，利用电子自旋在量子计算机中处理信息的信息技术可能成为可能。能够在室温下使用基于自旋的量子信息技术一直是科学家的目标。来自瑞典、芬兰和日本的研究人员现在已经构建了一种半导体组件，在这种组件中，电子自旋和光之间可以有效地交换信息——在室温及以上。天富是做什么的？

 

众所周知，电子带负电荷，它们还有另一个特性，即自旋。后者可能有助于信息技术的发展。简而言之，我们可以想象电子绕自己的轴旋转，就像地球绕自己的轴旋转一样。自旋电子学——未来信息技术的一个很有希望的候选者——利用电子的这种量子特性来存储、处理和传递信息。这带来了重要的好处，比如比传统电子产品更高的速度和更低的能耗。

 

近几十年来，自旋电子学的发展是以金属的使用为基础的，这对于存储大量数据的可能性具有重要意义。然而，使用基于半导体的自旋电子学有几个优势，就像半导体构成了今天电子学和光子学的主干一样。天富平台

 

“基于半导体的自旋电子学的一个重要优势是有可能将由自旋状态所代表的信息转换为光，反之亦然。这项技术被称为光自旋电子学。它将使基于自旋的信息处理和存储与通过光传递的信息相结合成为可能。”

 

由于目前使用的电子器件在室温及以上的温度下工作，自旋电子学发展中的一个严重问题是，当温度升高时，电子倾向于改变和随机地自旋方向。这意味着由电子自旋态编码的信息丢失或变得模糊。因此，在室温和较高温度下，我们能够使所有的电子基本保持相同的自旋状态，即自旋极化，这是发展基于半导体的自旋电子学的必要条件。以往的研究已经实现了室温下最高的电子自旋极化约60%，不适合大规模的实际应用。

 

Linköping大学、坦佩雷大学和北海道大学的研究人员现在已经实现了室温下超过90%的电子自旋极化。自旋极化保持在一个高水平甚至高达110°C。这项发表在《自然·光子学》(Nature Photonics)上的技术进步是基于一种光自旋电子纳米结构，该结构由研究人员用不同的半导体材料层构建而成(见文章下面的描述)。它包含被称为量子点的纳米级区域。每个量子点大约是人类头发厚度的1万倍。

 

量子点光学自旋电子纳米结构

 

光自旋电子纳米结构中的量子点是由砷化铟(InAs)制成的。每个量子点大约是人类头发厚度的1万倍。信贷:黄…

 

当一个自旋极化电子撞击一个量子点时，它会发出光——更准确地说，它会发出一个由电子自旋决定的状态(角动量)的光子。因此，量子点在自旋电子学、光子学和量子计算领域具有很大的潜力，可以作为电子自旋和光传递信息的界面。在最新发表的研究中，科学家们指出，在室温下，可以使用邻近的自旋过滤器远程控制量子点的电子自旋。

 

量子点由砷化铟(InAs)制成，一层镓氮砷化镓(GaNAs)作为自旋过滤器。一层砷化镓(GaAs)夹在它们之间。类似的结构已经被用于基于砷化镓的光电技术中，研究人员相信这可以使自旋电子学与现有的电子和光子组件更容易地集成。

 

“我们很高兴地看到，我们长期致力于增加制造高度控制的含n半导体所需的专业知识，这定义了自旋电子学的新前沿。到目前为止，我们已经成功地将这种材料用于光电子器件，最近用于高效太阳能电池和激光二极管。现在我们期待着继续这项工作，