|
Создано спинтронное устройство на базе кремния
Инженеры Ян Эппелбаум (Ian Appelbaum) и Бицинь Хуан (Biqin Huang) из университета Делавэра (University of Delaware), а также их коллега Доу Монсма (Douwe Monsma) из компании Cambridge NanoTech впервые продемонстрировали, что спиновое состояние электронов в кремнии можно не только измерять, но и управлять им.
Разработка серьёзно продвигает вперёд развивающуюся область квантовой электроники – спинтронику, в которой для физического представления информации используется спин частиц (каждый электрон обладает магнитным спиновым моментом, отличным от нуля).
Преимущество спинтроники в том, что устройства на её основе обладают значительным быстродействием в отличие от обычной электроники, ведь здесь не обязательно перемещать в пространстве заряд и связанную с ним массу — для переключения состояния ячейки достаточно лишь развернуть спин в обратном направлении (в зависимости от направления получается логический 0 или 1).
Кроме того, элементы памяти, основанные на значении спина, обеспечивают сохранение информации при отключении питания.
Ранее можно было производить спинтронные устройства лишь на основе металлов или полупроводника арсенида галлия, так как электроны теряли упорядоченность своих спиновых состояний при прохождении через границу кремний-ферромагнетик.
Ферромагнетики используются в спинтронных устройствах как фильтры. Так как в обычном потоке электронов спины могут иметь два значения, то через фильтр проходят электроны со спином, совпадающим с направлением магнитного поля ферромагнетика. В то время как электроны с направлением спина, противоположным вектору намагниченности, будут замедляться и рассеиваться.
В прежних опытах на границе соединённых вместе ферромагнетика и кремния образовывались силициды, которые приводили к разупорядочению спиновых состояний инжектированных электронов.
Однако команде Эппелбаума удалось не только пропустить поток электронов высокой энергии (это был один из ключевых моментов нового опыта) через ферромагнитный фильтр — слой материала толщиной всего 5 нанометров на поверхности кремниевой пластины (её толщина составила 10 микрометров), но и измерить с помощью магнита, расположенного с другой стороны пластины, спиновое состояние инжектированных в кремниевую пластину электронов.
Более того, была продемонстрирована возможность менять с помощью магнитного поля спиновое состояние этих электронов (подробнее в статье Nature).
Важность новой работы заключается в том, что серийные спинтронные устройства на основе кремния создать значительно легче, чем на основе других материалов, воспользовавшись уже существующими промышленными технологиями.
В будущем планируется повысить рабочую температуру прототипа спинтронного устройства и использовать кремний не столь высокой степени очистки.
|
|
|
