В США получен полупроводник-спинтроник

Исследователи из университета Буффало сообщили о создании новых полупроводников, которые обладают свойствами спинтроников — материалов, которые используют не только заряд электрона, но и его собственное вращение, спин. Применение таких материалов в спинтронных устройствах кардинально изменит современную электронику и вычислительную технику, утверждают ученые.

Электроны — элементарные частицы, передвижение которых по проводникам стало основой современной электроники — кроме электрического заряда обладают еще одной физической характеристикой — спином, или собственным вращением. Свойства так называемых спиновых вентилей позволяют рассматривать электроны как элементарные магниты. Знания о магнитной «сущности» электрона — ориентации электронных спинов по отношению к выделенному направлению — легли в основу новой науки — «спинтроники», которой, по мнению ученых, надлежит в будущем заменить электронику.

Среди последних научных достижений исследователи отмечают сближение областей спиновой и не менее молодой молекулярной электроники. В спинтронных усройствах, в отличие от современных электронных приборов, можно управлять величиной сопротивления проводника, например, помещая его слой между двумя ферромагнитными электродами. При параллельно намагниченных электродах (например, в отсутствие внешнего магнитного поля) текущий через устройство ток будет поляризованным по спину. При перемагничивании одного из электродов в противоположном направлении поляризация тока нарушается, и такая ситуация сохраняется до тех пор, пока величина поля не достигнет величины, при которой перемагнитится и второй электрод. Тогда будет восстановлена параллельная ориентация магнитных моментов электродов.

Исследователи из университета Буффало сосредоточили свое внимание на построении спинтронных устройств, которые используют свойства полупроводимости некоторых материалов для функционирования при комнатных температурах. По словам профессора физики Хон Ло (Hong Luo), почти все изучаемые в лабораториях университета приборы могут найти коммерческое применение, став основой для более совершенных компьютеров или телекоммуникационных устройств.

Исследователи отметили, что использованные ими сплавы слоев галлия, сурьмы и марганца (GaSb/Mn) толщиной в несколько атомов — это уже хорошо изученные полупроводники, широко применяемые в существующих электронных системах. Как отметил профессор физики Брюс Маккомби (Bruce McCombe), благодаря этим материалам вскоре появится возможность создавать устройства, которые будут использовать для обработки данных бесчисленное множество вариантов значений спинов электронов. Как сообщил г-н Маккомби, отдельные слагаемые элементарного устройства, работающего при комнатной температуре, появятся уже приблизительно через год. При этом он добавил, что использование спинтроников в пользовательских и промышленных системах начнется не ранее, чем через 3–5 лет. Официально о появлении новых материалов будет объявлено в выпуске Applied Physics Letters от 27 мая.

Называя новые материалы «большим шагом в изготовлении подходящих материалов» для спинтроников, г-н Ло отметил, что одним из главных успехов является получение полупроводниковых материалов, способных работать при комнатных температурах. В устройство, которое может быть создано на основе полученных результатов, должны войти спинтронные транзисторы и спинтронные светодиоды. Поскольку исследования по большей части находятся в стадии разработки материалов, многие возможности будущих спинтронных устройств еще неизвестны ученым.

Исследователи, которым был выделен $10-миллионный грант от американского Агентства защиты передовых исследовательских проектов (Defense Advanced Research Projects Agency — DARPA) в рамках программы SpinS, подчеркнули, что их цель — продемонстрировать, что разработка полупроводниковых спинтронных устройств, включая образец магнитного полупроводника, не за горами.

Полупроводники, разработанные в Буффало, впервые продемонстрировали явление гистерезиса, то есть свойства ферромагнетиков, когда эффект магнетизма не исчезает при отключении магнитного поля — при комнатной температуре. По мнению г-на Маккомби, спинтроники могут позволить хранить и обрабатывать данные в одной и той же среде. Это свойство чрезвычайно важно в нынешней электронике, где постоянное хранение данных требует разделения магнитных носителей и полупроводников, занимающихся обработкой информации. Если исследования будут успешны, отметил г-н Маккомби, они могут привести к созданию приборов на основе полупроводниковой магниторезистивной памяти (MRAM), использующей для хранения бита информации не электрический заряд, а магнитное состояние, с активной логикой на одном чипе.

Источник: по материалам NewsFactor и официального пресс-релиза университета Буффало.