Duży przełom, mały krok
Uczeni z niemieckiego uniwersytetu w Regensburgu poinformowali o przeprowadzeniu przełomowego eksperymentu na drodze do wykorzystania spintroniki w komputerach. Udało im się w temperaturze pokojowej wprowadzić elektrony do krzemu i ustawić spin większości z nich w tym samym kierunku.
Spin elektronów jest łatwo ustawić w magnetykach. Jednak w półprzewodnikach stanowi to poważne wyzwanie. By tego dokonać należy odpowiednio ustawić spin elektronów w materialne magnetycznym, a następnie przetransportować elektrony do półprzewodnika uważając, by zachować spin. Dotychczas udawało się to tylko w niezwykle niskich temperaturach albo też przy wykorzystaniu drogich materiałów, takich jak arsenek galu.
Tymczasem Jaroslav Fabian i jego koledzy przetransportowali elektrony do krzemu w temperaturze pokojowej.
Prace zaczęli od stopu niklu i żelaza, używanego np. do budowy głowic w dyskach twardych. To był ich materiał magnetyczny. Ułożyli go na krzemie, a pomiędzy oboma materiałami umieścili jednonanometrową warstwę tlenku aluminium. Działa on jak izolator, jednak po przyłożeniu doń napięcia część elektronów została przetransportowana do krzemu. Tlenek aluminium ma tę właściwość, że tunelowanie przez ten materiał jest łatwiejsze dla elektronów o określonym spinie, a więc większość z tych, które trafiły do krzemu, miały ten sam spin.
Eksperyment jest przełomowy, gdyż pokazuje prostą i skuteczną technikę transportowania w temperaturze pokojowej elektronów o tym samym spinie z magnetyka do półprzewodnika. Jego przeprowadzenie nie oznacza jednak, że wkrótce rozpocznie się epoka spintronicznych komputerów. Do rozwiązania pozostały bowiem bardzo poważne problemy. Naukowcy muszą się nauczyć przede wszystkim, w jaki sposób zmieniać spin elektronów, które już znalazły się w półprzewodniku.
Komentarze (1)
pio, 28 listopada 2009, 21:37
[drobne uwagi]
to nie Fabian tylko ludzie z holandii zrobili te strukture ('But now Jansen and his colleagues have successfully injected spin electrons en masse into everyday silicon at room temperatures'). Fabian tylko wypowiadal sie. swoja jest chyba teoretykiem.
nie jest to, az takie wyzwanie. wystarczy pole magn. i temp. cieklego azotu. w pracy (z referencji art. z 'nature') pisza, ze nadal sa to temp. ponizej 150 K. gdyby zrobic funkcjonalne urzadzenie dzialajace w temp. ciekego azotu, to juz teraz moznaby myslec o zastosowaniach nie tylko specjalistycznych. niskie temp. byly w pracach z 1999 (pionierskich jakby mozna je nazwac), np. Ohno tudziez Fiederling ( http://www.nature.com/milestones/milespin/full/milespin23.html )
w polprzewodnikach nie trzeba trasportowac elektronow, zeby ustawic spiny w polprzewodnikach. poniekad tak wynika z tekstu
jest cos takiego jak oddzialywanie RKKY ( http://en.wikipedia.org/wiki/RKKY_interaction ), ktore ma zastosowanie do elektronow w polprzewodnikach polmagnetycznych. ono, mowiac na wyrost, zalatwia sprawe polaryzacji. problemem jest takze wspomniana tutaj dekoherencja, czyli wlasnie utrzymanie polaryzacji spinowej, czy jakby to nazwac stanu, na trasie zrodlo-odbiornik.
natomiast arsenek galu (GaAs) nie jest taki drogi. plytke o srednicy 3 cali mozna sobie kupic detalicznie za ok. 100-150 $. oczywiscie krzem jest pewnie o wiele tanszy, ale jesli wziac pod uwage ile na takiej 3-calowej plytce mozna zrobic urzadzen, to nie jest to zbyt wygorowana cena. zeby byc bardziej scislym autor z 'nature' pisze o nim egzotyczny, co moim zdaniem jest mniej lekkim naduzyciem ( http://pl.wikipedia.org/wiki/Arsenek_galu ).
niemniej trzeba miec na uwadze, ze krzem nadal kroluje. jednak sa prace teoretyczne Dietla (nasz rodak), ktore pokazuja mozliwosci innych polprzewodnikow. wrecz slawny jest obrazek (np. http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-97332004000400005&script=sci_arttext - ostatni) pokazujacy, ze GaN oraz ZnO moga byc ferromagnetykami w temp. pokojowej.
ps. a propos.. ten tlenek aluminium, czy tez glinu (jak kto woli), to po prostu szafir