Спиновый транзистор

Область современной физики — спиновая электроника, или спинтроника, — основана на новом физическом принципе. Если в традиционной электронике используется обычный электрический ток (перемещение электронов), то в электронике нового поколения создан иной физический принцип движения зарядового потенциала за счёт перемещения спин-электронного тока.

Исследовательской группе во главе с Ианом Аппельбаумом из Делавэрского университета (США) (University of Delaware) удалось передать спин-электронный ток на дистанцию в 350 мкм сквозь беспримесную кремниевую подложку. По меркам микроэлектроники это «марафонская» дистанция. Данное достижение обозначило путь к разработке более дешёвых, более быстрых и мало энергопотребляющих устройств для обработки и хранения информации. [http://offline.computerra.ru/2006/625/251473/]

Работы по созданию спинового транзистора

Согласно методике экпериментов вначале авторы изготовили слоистую структуру, составленную из слоя ферромагнетика, слоя чистого кремния и затем второго слоя ферромагнетика, но уже другого, и, наконец, слоя кремния с примесями. К разным слоям этой структуры прикладывается специально подобранное напряжение, управляющее течением электронов. Поток электронов на входе не поляризован (не ориентирован), но после прохождения ферромагнитной прослойки он приобретает поляризацию — то есть становится спиновым током. Эти электроны попадают в прослойку из чистого кремния, проходят большую дистанцию, затем попадают во второй ферромагнитный слой и выходят наружу.

Эксперименты показали, что при движении через кремний поляризация электронов частично сохраняется. Благодаря этому, изменяя взаимную ориентацию магнитных полей в двух слоях ферромагнетика, можно включать или выключать спиновый ток на выходе. Это позволяет для осуществления сверхбыстрых логических операций над информацией, использовать два устойчивых состояния прибора, при которых ток либо есть (логическая «1»), либо нет (логический «0»), по аналогии с традиционным транзистором, для осуществления сверхбыстрых логических операций над информацией.

Вначале исследователи работали со слоями толщиной примерно 10 мкм, но в последней статье, опубликованной в Physical Review Letters, они увеличили промежуточный слой чистого кремния до 350 мкм, что вполне приемлимый макроскопический размер. Даже на таких больших расстояниях спиновый ток по-прежнему сохранялся. Представленное устройство демонстрирует долгое время жизни спина электрона, за которое он способен преодолеть слой полупроводника толщиной до 350 мкм. [http://zahav.elementy.ru/news/430624]

Главные элементы спинового транзистора

Известно, что в спиновой электронике в том числе в спиновом транзисторе должна быть:
*Система вспрыска, т.е. созданние ряда расположенных спин-поляризованных электронов с одинаковым направлением осей спинов всех электронов в полупроводник — «инжектор» (Весь процесс создания такой системы называется инжектироваеием).
*Должна быть система управления спиновым током в полупроводнике, т.е. при помощи приложенного электрического потенциала, вынуждающего перемещаться выстроенные спин-электроны.
*Создана электрическая схема (детектор) особоточного (прецизионного) измерения результирующего электрического сигнала спинового тока.

Наличие указанных основных элементов не достаточно. Для достижения поставленной цели пришлось:
*Получить высокую электрическую инжекцию спинов в детекторе
*Нужную величину длины перемещения спина (длину диффузии)
*Создать условия для минимального времени жизни инжектора (инжекционного вспрыска спин-электронов) для возможнлсти пройти необходимое расстояние в полупроводнике при достижении детектора в условиях комнатной температуры.

В итоге исследовательской группе во главе с Ианом Аппельбаумом из Делавэрского университета (США) (University of Delaware), передав спин-электронный ток на дистанцию в 350 мкм сквозь беспримесную кремниевую подложку, удалось впервые сделать прорыв в спинтронике.

См. также

*Кремний на изоляторе

Ссылки