У спинтроники появилась перспектива быстрого развития

Спинтроника, основанная на использовании спин-поляризованных электронов в гетероструктурах полупроводников, переживает в последнее время период бурного развития. Методы спинтроники помогли создать устройства энергонезависимой памяти и считывающих головок в жестких дисках. На очереди - создание логических устройств и чипов памяти на основе принципов спинтроники. Разработка ученых из университета штата Калифорнии в г. Риверсайд (США) способна ускорить появление таких устройств.

Проф. Роланд Каваками (Roland Kawakami) и его коллеги изучали свойства гетероструктур, состоящих из слоев ферромагнитного и полупроводникового материала, разделенных очень тонким (толщиной всего в несколько атомов) слоем диэлектрика оксида магния MgO. Работа, опубликованная в Physical Review Letters, описывает результаты, которые были неожиданными и для самих исследователей.

Оказалось, что в зависимости от толщины слоя оксида магния меняется характер движения спинов при переходе через границу полупроводника и ферромагнетика. При толщине промежуточного слоя MgO в 1 или 2 атома электроны со спинами, направленными вверх, неспособны проникнуть через границу и отражаются обратно в полупроводниковый слой. В то же время при спине, направленном вниз, электроны спокойно проходят через границу. Таким образом, в полупроводниковом слое в скором времени остаются лишь спины, направленные вверх.

Если же толщина слоя оксида магния превышает 6 атомных слоев, электроны с обоими направлениями спина перемещаются через границу беспрепятственно, суммарный спин полупроводника при этом нулевой. Самое же удивительное явление наблюдалось при толщине от 2 до 6 атомных слоев - можно было подобрать условия, когда через границу проходили либо электроны со спином, направленным вверх, либо, наоборот - со спином, направленным вниз. Этот простой способ (ученые назвали его методом обращения спина) может управлять спиновым состоянием полупроводниковой структуры в целом.

Перспективность сделанного открытия заключается в том, что появилась возможность управлять потоком зарядов. Электроны при их движении обладают спином, направленным случайным образом. Однако если у спинов появится выделенное направление, этим потоком уже можно будет управлять, причем без помощи магнитного поля - оксид магния, напомним, является изолятором и не проявляет магнитных свойств. Управление потоком информации является основой для создания современных электронных устройств, а композиция с диэлектрической прослойкой может стать аналогом p-n-перехода в обычных полупроводниках.

Ученые признали, что пока не понимают причину и механизм обращения спина при переходе через слой диэлектрика. В ближайшее время они намерены сконцентрировать свои усилия именно на этой проблеме, сообщает PhysOrg.