Создано первое спинтронное устройство на органических молекулах

В отличие от традиционных электронных приборов, использующих перемещение электронов и их зарядов, спинтроника имеет дело с эффектами магнитной ориентации, обусловленными наличием у электрона собственного магнитного момента. Спин является квантовой характеристикой, которую невозможно объяснить в рамках классической физики, хотя зачастую спин представляют как вращение электрона вокруг собственной оси, которое приводит к возникновению собственного магнитного момента у электрона.

Чтобы продемонстрировать устройство в действии, физики создали своего рода испытательный стенд в наномасштабе. На "стенде" можно было наблюдать сами молекулы и их действие в качестве магнитного выключателя. Спинтроника уже нашла применение в считывающих головках жестких дисков компьютера. По сравнению с электроникой спинтроника имеет очевидные преимущества, среди которых - большие скорости и меньшие размеры этих устройств. До сих пор в спинтронных устройствах использовали неорганические материалы, хотя органические гораздо более привлекательны с точки зрения времени действия, характерных расстояний, а также возможностей манипуляции и самосборки этих молекул.

В экспериментах, описанных в журнале Applied Physics Letters, американские ученые представили способ формирования в кристаллической кремниевой пластине пор, диаметр которых составлял 40 нанометров. На поверхности этих пор были сконструированы трехслойные структуры - металлические электроды из никеля и кобальта, между которыми находится мономолекулярный слой органического вещества, синтезированного в результате самосборки.

О природе этого вещества ученые не сообщают, известно лишь о его элементном составе (углерод, водород и сера). При пропускании тока через это устройство исследователи наблюдали эффект туннелирования электронов через мономолекулярный слой органики. Туннелирование - квантовомеханическое явление, наблюдаемое на расстояниях атомарных масштабов. В этих случаях частица приобретает волновые свойства, что позволяет ей проникать через потенциальные барьеры.

Благодаря поровой структуре поверхности удалось стабилизировать молекулярный слой и ограничить площадь его контакта с поверхностью. Были проведены точные измерения тока и падения напряжения при разных температурах, которые и позволили убедиться в наличии эффекта туннелирования (которое, в отличие от химических реакций, практически не зависит от температуры). Изменяя внешнее магнитное поле и проводя замеры электрического сопротивления, ученые обнаружили возможности магнитной коммутации с помощью этого устройства, поскольку при смене полярности на электродах менялось и направление намагниченности.