Спинтроника на основе кремния
Физикам удалось сделать еще один ход на пути создания нового поколения электронных устройств, названного спинтроникой. Планируется, что в аналогичных устройствах информация будет кодироваться не только электрическими сигналами, но и поясницей электронов, составляющих их.
Поясницы электронов достаточно легко контролируются в ферромагнитных материалах, чего нельзя сказать о классических и «эргономичных» с производственной точки зрения полупроводниках; на текущем этапе развития разработки задача исследователей пребывает в том, дабы отыскать надежный и несложный метод введения в полупроводники поляризованных по пояснице носителей заряда, источниками которых помогают ферромагнетики.
Существуют разные ответы данной задачи, но все они предполагают применение не самых недорогих полупроводников (к примеру, арсенида галлия) n-типа при температуре ниже 150 К. Представленный авторами способ, наоборот, разрешает трудиться с кремнием обоих типов проводимости при температурах до 300 К.
С целью проведения опытов ученые выбрали железа и ферромагнитный сплав никеля, что используется при создании считывающих головок твёрдых дисков. В контакте с магнитным слоем пребывала изолирующая пленка оксида алюминия толщиной около нанометра, иначе которой размешался слой кремния.
При подаче напряжения носители заряда, туннелируя, перемещались из ферромагнетика в полупроводник, причем частицы с определенным направлением поясницы совершали переход чаще, чем остальные, за счет чего и создавался эффект поляризации по пояснице. Согласно данным авторов, время судьбы поясницы при 300 К составило около 140 пс для электронов в кремнии n-типа и 270 пс для дырок в материале р-типа. Протяженность диффузии поясницы (расстояние, на котором сохраняется поляризация) электронов была равна 230 нм; при дырок данный показатель увеличился до 310 нм.
Схема опыта. Главный контакт, в котором отмечается явление поляризации по пояснице, расположен слева. ФМ — ферромагнетик, LSD — протяженность диффузии поясницы. (Иллюстрация из издания Nature)
Успешность опыта, согласно мнению ученых, разъясняется применением сверхтонкого слоя оксида алюминия: в прошлых опытах употреблялись слои большей толщины, каковые сдерживали перемещение носителей заряда.
Ученые считают, что их схема может подойти для электронных квантовых компьютеров. Предполагается, что подобное новому устройство окажет помощь приобретать пучки электронов, поясницы которых будут запутаны, другими словами окажутся в квантовой связи. Считается, что квантовые компьютеры смогут делать кое-какие вычисления значительно стремительнее, чем классические аппараты.