СПИНТРО́НИКА

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 Т_С вы­ше ком­нат­ной темп-ры пу­тём ле­ги­ро­ва­ния при­ме­ся­ми с не пол­но­стью за­пол­нен­ны­ми 3d-обо­лоч­ка­ми, в ча­ст­но­сти пу­тём ле­ги­ро­ва­ния мар­ган­цем Mn со­еди­не­ний A^IIIB^V (InAs, GaAs, GaP и GaN). Наи­бо­лее изу­чен­ны­ми пред­ста­ви­те­ля­ми это­го клас­са яв­ля­ют­ся ма­те­риа­лы Ga_1–xMn_xAs, в ко­то­рых об­на­ру­же­но фер­ро­маг­нит­ное со­стоя­ние с Т_С⩽175 К. Од­на­ко для С. нуж­ны фер­ро­маг­нит­ные по­лу­про­вод­ни­ки с Т_С>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 A^IIB^IVC₂^V – бли­жай­шие элек­трон­ные и кри­стал­ло­хи­мич. ана­ло­ги A^IIIB^V, напр. CdGeP₂:Mn, ZnGeP₂:Mn, ZnSnAs₂:Mn, CdGeAs₂:Mn, ZnSiAs₂:Mn, ZnGeAs₂:Mn, в ко­то­рых Т_С 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.