СПИНТРО́НИКА
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
СПИНТРО́НИКА (спиновая электроника), раздел электроники, в котором изучается спиновый токоперенос (спин-поляризованный транспорт) в твёрдых телах. С. активно развивается с 1990-х гг. и связана, в частности, с возможностью переноса ориентированного (поляризованного) спина электрона в гетероструктурах ферромагнетик – парамагнетик, ферромагнетик – сверхпроводник, ферромагнетик – немагнитный полупроводник (НМП). Развитие С. важно для создания одноэлектронных логич. структур и спин-информационных систем, в которых ячейкой памяти служит спин электрона (1 спин – 1 бит информации). Для работы в двоичной системе исчисления необходима реализация двух стабильных во времени состояний, соответствующих «0» и «1» с возможностью быстрого переключения между ними. Ныне в лучших электронных устройствах затрачивается 102–103 электронов на одну операцию. Квантование спина электрона («спин вверх» и «спин вниз») свидетельствует о том, что спин – естественная логич. ячейка, одно состояние которой соответствует 1, а другое – 0. Логич. операцию в этом случае можно кодировать только одним электроном. Для переворота спина электрона магнитным полем требуется значительно меньше энергии, и происходит он быстрее, чем перемещение электронов электрич. полем. Управление спиновыми состояниями позволит создать сверхмалые логич. элементы и компьютерные компоненты большой информационной ёмкости с огромным быстродействием и малым энергопотреблением. Т. о., использование спина электрона намного выгоднее по сравнению с использованием его электрич. заряда.
Спиновый токоперенос позволяет с помощью магнитного поля управлять параметрами разл. устройств: диодов, триодов и др., поскольку появляется дополнит. степень свободы. Использование ферромагнитных металлов в качестве эмиттеров спин-поляризованных электронов даёт степень поляризации не более 10%. Степень поляризации до 100% получена в структурах НМП – EuO, НМП – халькогенидная шпинель и НМП – манганит, но при криогенных темп-рах, что препятствует их практич. применению. Кроме того, в этом случае возникают технологич. проблемы при создании хорошего электрич. контакта между ферромагнетиком и НМП. Получить хороший электрич. контакт и высокую степень спиновой поляризации можно, создав ферромагнитный полупроводник с темп-рой Кюри ТС выше комнатной темп-ры путём легирования примесями с не полностью заполненными 3d-оболочками, в частности путём легирования марганцем Mn соединений AIIIBV (InAs, GaAs, GaP и GaN). Наиболее изученными представителями этого класса являются материалы Ga1–xMnxAs, в которых обнаружено ферромагнитное состояние с ТС⩽175 К. Однако для С. нужны ферромагнитные полупроводники с ТС>300 К. Кроме того, они должны быть высокотехнологичными для получения известными химич. методами в виде качественных монокристаллов и плёнок. Таким требованиям удовлетворяют легированные Mn полупроводники AIIBIVC2V – ближайшие электронные и кристаллохимич. аналоги AIIIBV, напр. CdGeP2:Mn, ZnGeP2:Mn, ZnSnAs2:Mn, CdGeAs2:Mn, ZnSiAs2:Mn, ZnGeAs2:Mn, в которых ТС выше комнатной темп-ры, а в последнем достигает 367 К.
К С. также относится использование гигантского магнитосопротивления в бесконтактных считывающих головках для магнитной записи.
Теоретич. исследования и технологии С. находятся в начальной стадии своего развития, и пока не ясно, какие окончательные черты примут устройства спинтроники.