Датские ученые объединили "в одном флаконе" две модные тематики - они
создали прототип гибридного наноустройства на основе углеродной нанотрубки и магнитных
полупроводников.
Нанотрубки из углерода механически прочны, способны противостоять повышенным температурам и выдерживать электрические токи плотностью до 109 А/см2 (максимальные плотности токов для нормальных металлов - около 105 А/см2). Но исследователи постоянно сталкивались с трудностями изготовления хороших электрических контактов для таких нанотрубок с другими материалами. С другой стороны, всеобщий интерес вызывают разбавленные магнитные полупроводники вида (III,Mn)V. В их кристаллической решетке элемент III группы (Ga, In) таблицы Д. И. Менделеева хаотически замещён ионами марганца Mn (V=N, P, As, Sb). Такие материалы очень привлекательны, так как, сохраняя полезные свойства полупроводников III-V, они оказываются ферромагнетиками с высокими температурами ферромагнитного упорядочения – температурами Кюри TC. Сравнительно недавно, в 1998 году, японские учёные синтезировали Ga0.95Mn0.05As с TC=110 К [1], а в декабре 2003 года рекорд температуры Кюри в (Ga,Mn)As составил уже 177 К.
Учёным из института Нильса Бора в Копенгагене (Nano-Science Center, Niels Bohr Insitute, University of Copenhagen) [2] удалось прикрепить одностенную углеродную нанотрубку к гетероструктурам из полупроводникового перехода GaAs/AlAs и разбавленного магнитного полупроводника (Ga,Mn)As, выращенным методом молекулярно-лучевой эпитаксии (в этом методе попадающие на подложку молекулы слой за слоем укладываются в ориентированные пленки). Фактически они сконструировали нанотриод, в котором разбавленный магнитный полупроводник Ga0.95Mn0.05As р-типа толщиной всего 20-50 нм выполняет роль эмиттера и коллектора к нанотрубке, а n-типа полупроводник GaAs толщиной 20 нм является базой.
Подобные исследования открывают широкие возможности для создания гибридных устройств из нанотрубок и полупроводников в традиционных полупроводниковых интегральных микросхемах, содержащих кремний и арсенид галлия. Разработанная технология позволяет на основе углеродных нанотрубок конструировать полевые p-n-p транзисторы, в которых эмиттер, коллектор и базовый электрод являются технологически совместимыми полупроводниками, нанолазеры, где полупроводящий резонатор состоит из легированной углеродной нанотрубки. Нанотранзисторы по своим характеристикам должны намного превосходить своих "собратьев", используемых сейчас в микроэлектронике. Занимая значительно меньший объём и работая при меньших рабочих напряжениях, они должны потреблять очень мало энергии. В интенсивно развивающейся области спинтроники становится возможным изучать спиновые свойства электрического тока, проходящего через нанотрубки из разбавленных ферромагнитных полупроводников. Эти результаты учёные обещают опубликовать позднее.
1. F. Matsukura, H. Ohno, A. Shen, and Y. Sugawara, Phys. Rev. B, 57 (1998) R2037.
2. А.А. Jensen, J. R. Hauptmann, J. Nygard, J. Sadowski, and P. E. Lindelof, Nano Lett., 4(2) (2004) 349.