Группа учёных из института нанотехнологий университета Твента (MESA+) создала устройство, открывающее спинтронике дорогу к массовому распространению.

Для построения её элементов среди прочего необходимо обеспечить прохождение спин-поляризованного потока электронов через границу между магнитным материалом и полупроводником без потери согласованной ориентации спина у всех участников такого движения. До сих пор такой переход удавалось осуществлять главным образом с экзотическими материалами типа арсенида галлия. Однако для внедрения спинтроники в промышленность необходимо было научиться делать элементы на основе кремния — главного стройматериала традиционных микросхем.

В 2007 году группа американских учёных и инженеров построила первое работоспособное кремниевое спинтронное устройство. Однако действовало оно при 85 кельвинах. К тому же в нём применялся кремний очень высокой степени очистки.

Прорыв учёных из MESA+ заключается в двух вещах: они применили самый обычный для электронной промышленности кремний (с легирующими добавками для получения полупроводников как p-, так и n-типа), и они продемонстрировали успешное инжектирование спин-поляризованных электронов в данный материал при комнатной температуре, показав, что большинство из них сохранило свой спин.

В рекордном устройстве авторы применили железо-никелевый сплав (аналогичный используемому в считывающих головках жёстких дисков), обычную пластинку кремния, а между ними поместили слой оксида алюминия толщиной менее одного нанометра (всего несколько атомов).

Общая схема устройства, созданного в Нидерландах. Внизу: для тестирования технологии авторы построили микросхему с тремя переходами (площадь контакта у каждого 100 х 200 мкм), позволившими проводить инжекцию и детектирование спин-поляризованного потока частиц. На этом рисунке синий цвет – ферромагнетик, розовый – оксид, зелёный – кремний (иллюстрации MESA+, Saroj P. Dash et al.).

Оксид алюминия — изолятор, но при приложении напряжения часть электронов может туннелировать через этот слой в кремний. При этом применённый изолятор охотнее пропускает электроны с одним спином, нежели с противоположным, что способствует сохранению первоначальной ориентации потока.

Ультрамалая толщина оксидной плёнки и её качество стали ключами к работе устройства: туннелирование электронов прекрасно шло при температуре 27 °C. (В случае p-типа полупроводника речь шла о создании в кремнии потока дырок.) Глубина же проникновения спин-поляризованного потока в кремний составила 230 нм для электронов и 310 нм для дырок, чего более чем достаточно для функционирования электронных компонентов нанометрового масштаба.