Spintronics में नई सफलता अल्ट्रा-फास्ट, लो-पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए पारदर्शी 2D Electron Gas

एक अभूतपूर्व विकास में, भारत के मोहाली में नैनो विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान (INST) के शोधकर्ताओं ने एक अभिनव पारदर्शी परत बनाई है जो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के भविष्य में क्रांति ला सकती है। दो इन्सुलेटिंग सामग्रियों के बीच स्थित यह परत इलेक्ट्रॉनों को कमरे के तापमान पर एक दो-आयामी विमान में घूमने की अनुमति देती है, जिसमें उनके सभी स्पिन एक ही दिशा में संरेखित होते हैं। यह खोज अल्ट्रा-फास्ट, लो-पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए नई संभावनाओं को खोलती है, जिसमें क्वांटम उपकरणों में डेटा ट्रांसफर और स्टोरेज के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं।

Spintronics का आगमन

पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स लंबे समय से इलेक्ट्रॉनों के चार्ज पर निर्भर रहे हैं, लेकिन स्पिनट्रॉनिक्स के क्षेत्र ने एक नया आयाम पेश किया है – इलेक्ट्रॉनों की स्पिन डिग्री ऑफ़ फ़्रीडम का उपयोग करना। स्पिनट्रॉनिक्स दशकों से सैद्धांतिक रुचि का विषय रहा है, लेकिन स्पिन धाराओं और हेरफेर की मायावी प्रकृति के कारण इसका व्यावहारिक अनुप्रयोग सीमित रहा है। हालाँकि, सामग्रियों और नैनोस्केल निर्माण तकनीकों में हाल की प्रगति इन अवधारणाओं को वास्तविकता के करीब ला रही है।

2D इलेक्ट्रॉन गैस (2DEG) की भूमिका

प्रो. सुवनकर चक्रवर्ती के नेतृत्व में शोध दल ने दो इन्सुलेटिंग ऑक्साइड, LaFeO₃ और SrTiO₃ के इंटरफेस पर कमरे के तापमान पर स्पिन ध्रुवीकरण के साथ एक दो-आयामी इलेक्ट्रॉन गैस (2DEG) का सफलतापूर्वक उत्पादन किया है। यह 2DEG पारदर्शी है और कुशल स्पिन धाराओं की अनुमति देता है, जो अगली पीढ़ी के क्वांटम उपकरणों के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकता है।

इन दो सामग्रियों के बीच के इंटरफेस ने इलेक्ट्रॉनों के स्पिन ध्रुवीकरण के कारण नकारात्मक मैग्नेटोरेसिस्टेंस और असामान्य हॉल प्रभाव सहित अद्वितीय गुणों का प्रदर्शन किया। ये घटनाएँ स्पिनट्रॉनिक उपकरणों के विकास के लिए महत्वपूर्ण हैं, जो पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ संभव से परे कार्यक्षमता प्रदान करते हैं।

भविष्य की तकनीक के लिए निहितार्थ

इस शोध के संभावित अनुप्रयोग बहुत व्यापक हैं। पारदर्शी सामग्रियों में स्पिन में हेरफेर करके, टीम ने डिस्प्ले स्क्रीन और सौर सेल जैसी मौजूदा तकनीकों के भीतर स्पिनट्रॉनिक उपकरणों को एकीकृत करने की संभावना को अनलॉक किया है। एक पारदर्शी फोन स्क्रीन की कल्पना करें जो न केवल जानकारी प्रदर्शित करती है बल्कि स्पिन धाराओं का उपयोग करके डेटा को संसाधित भी करती है, या एक सौर सेल जो उन्नत कार्यक्षमताओं के लिए स्पिन में हेरफेर करते हुए बिजली उत्पन्न करती है। ये नवाचार पूरी तरह से नए डिवाइस आर्किटेक्चर की ओर ले जा सकते हैं, जो इलेक्ट्रॉनिक्स में संभव की सीमाओं को आगे बढ़ाते हैं। उच्च तापमान पर स्पिन ध्रुवीकरण के साथ एक संवाहक पारदर्शी ऑक्साइड इंटरफ़ेस की प्राप्ति क्वांटम-डिवाइस भौतिकी के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर है। यह अपव्यय-रहित इलेक्ट्रॉनिक्स और क्वांटम उपकरणों के विकास की ओर ले जा सकता है जो पहले से कहीं अधिक कुशल और शक्तिशाली हैं, जिसमें डेटा भंडारण से लेकर क्वांटम कंप्यूटिंग तक के अनुप्रयोग शामिल हैं। इस क्षेत्र में आगे की ओर देखना जैसे-जैसे इस क्षेत्र में अनुसंधान आगे बढ़ रहा है, स्पिनट्रॉनिक्स और क्वांटम उपकरणों की संभावनाएँ तेज़ी से बढ़ रही हैं। प्रो. चक्रवर्ती और उनकी टीम द्वारा किया गया कार्य एक महत्वपूर्ण कदम है, जो हमें एक ऐसे भविष्य के करीब ले जाता है, जहाँ इलेक्ट्रॉनिक उपकरण तेज़, अधिक कुशल और ऐसे कार्य करने में सक्षम होंगे, जिन्हें कभी विज्ञान कथा माना जाता था।

इस शोध के विस्तृत निष्कर्षों में रुचि रखने वालों के लिए, अध्ययन को *फिजिकल रिव्यू बी* पत्रिका में प्रकाशित किया गया है और इसे निम्नलिखित लिंक के माध्यम से एक्सेस किया जा सकता है: [फिजिकल रिव्यू बी](https://doi.org/10.1103/PhysRevB.109.L201114)।

स्पिनट्रॉनिक्स में यह सफलता एक स्पष्ट संकेत है कि इलेक्ट्रॉनिक्स का भविष्य केवल चार्ज को स्थानांतरित करने के बारे में नहीं है, बल्कि स्पिन की शक्ति का दोहन करने के बारे में भी है, जिससे ऐसे उपकरणों का विकास होगा जो तेज़, अधिक कुशल और पूरी तरह से नई कार्यक्षमताओं में सक्षम हैं।

IN ENGLISH,

Figure showing the interface with lattice parameters, the lower panel of the figure is showing the          magnetoresistance and Hall resistance at low (100K) and high temperature (300 K)

New Breakthrough in Spintronics: Transparent 2D Electron Gas for Ultra-Fast, Low-Power Electronics

In a groundbreaking development, researchers at the Institute of Nano Science and Technology (INST) in Mohali, India, have created an innovative transparent layer that could revolutionize the future of electronic devices. This layer, positioned between two insulating materials, allows electrons to move in a two-dimensional plane at room temperature with all their spins aligned in the same direction. This discovery opens up new possibilities for ultra-fast, low-power electronics, with significant implications for data transfer and storage in quantum devices.

The Advent of Spintronics

Traditional electronics have long relied on the charge of electrons to operate, but the field of spintronics introduces a new dimension—utilizing the spin degree of freedom of electrons. Spintronics has been a topic of theoretical interest for decades, but its practical application has been limited due to the elusive nature of spin currents and manipulation. However, recent advancements in materials and nanoscale fabrication techniques are bringing these concepts closer to reality.

The Role of 2D Electron Gas (2DEG)

The research team, led by Prof. Suvankar Chakraverty, has successfully produced a two-dimensional electron gas (2DEG) with room temperature spin polarization at the interface of two insulating oxides, LaFeO₃ and SrTiO₃. This 2DEG is transparent and allows for efficient spin currents, which could pave the way for next-generation quantum devices.

The interface between these two materials exhibited unique properties, including negative magnetoresistance and the anomalous Hall effect, due to the spin polarization of electrons. These phenomena are crucial for the development of spintronic devices, which offer functionalities beyond what is possible with traditional electronics.

Implications for Future Technology

The potential applications of this research are vast. By manipulating spin in transparent materials, the team has unlocked the possibility of integrating spintronic devices within existing technologies, such as display screens and solar cells. Imagine a transparent phone screen that not only displays information but also processes data using spin currents, or a solar cell that generates electricity while manipulating spin for advanced functionalities. These innovations could lead to entirely new device architectures, pushing the boundaries of what is possible in electronics.

The realization of a conducting transparent oxide interface with spin polarization at high temperatures marks a significant milestone in the field of quantum-device physics. It could lead to the development of dissipation-less electronics and quantum devices that are more efficient and powerful than ever before, with applications ranging from data storage to quantum computing.

Looking Forward IN THIS FIELD

As research continues to advance in this area, the possibilities for spintronics and quantum devices are expanding rapidly. The work conducted by Prof. Chakraverty and his team represents a significant step forward, bringing us closer to a future where electronic devices are faster, more efficient, and capable of performing tasks that were once considered science fiction.

For those interested in the detailed findings of this research, the study has been published in the journal *Physical Review B* and can be accessed through the following link: [Physical Review B](https://doi.org/10.1103/PhysRevB.109.L201114).

This breakthrough in spintronics is a clear indication that the future of electronics is not just about moving charges, but also about harnessing the power of spin, leading to the development of devices that are faster, more efficient, and capable of entirely new functionalities.