Голландские физики совершили прорыв в спинтронике

Разновидность электроники, в которой для представления информации используется не заряд, а спин электронов, сулит дальнейшее сокращение размеров микросхем и их энергопотребления, а значит, и тепловыделения, что является одним из лимитирующих факторов при уплотнении чипов (иллюстрация Berkeley Lab).

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.

Детали достижения можно найти в статье в Nature и в пресс-релизе института. Узнайте также об источнике спинового напряжения и прототипе спиновой батареи.



Космическая рябь стремится объединить две физики

25 ноября 2009

Большой адронный коллайдер приступил к работе

25 ноября 2009

Утечка галактик объяснена работой вселенной-сестры

18 ноября 2009

Учёные показали новые возможности света

16 ноября 2009

Далёкий взрыв подтвердил взгляд Эйнштейна на пространство

3 ноября 2009
  • Алекс Москов  25 июня, 14:00
    Спинтроника это тупиковое направление.
    ОтветитьНравится
  • Хиномото Хомура  25 июня, 14:40
    >>Алекс Москов
    У вас на редкость развернутый и содержательный комментарий.
    ОтветитьНравится
  • Алекс Москов  1 июля, 20:15
    Что такое спин? Если упрощенно, вращение заряда.
    При вращении волчка его ось сохраняет направление вращения как гироскоп, надеюсь всем это очевидно.
    Что будет со спинами при повороте спинтронной микросхемы на 180 град, то есть что станет с её логическими состояниями?
    Поэтому плохая идея использовать пространственный признак — спин как логическое значение. Это деза для лохов.

    Наличие или отсутствие заряда гораздо эффективнее и перспективнее.
    Только надо перейти от проводников и полупроводников с механизмами фактически массовых статистических операций с зарядами к иным .... проводникам.

    ОтветитьНравится