Группе швейцарских ученых недавно удалось создать трехтерминальное
спинтронное устройство на основе эффекте туннельного магнитосопротивления.
Близость кончины закона Мура в микроэлектронике заставляет искать новые принципы
функционирования вычислительной техники. Одним из революционных направлений здесь является
спиновая электроника (спинтроника). В ее основе лежит идея использовать для вычислений не заряды
электронов, а их спины (то есть собственные магнитные моменты). На этом пути уже достигнуты
определенные успехи и, в частности, изготовлены двухтерминальные устройства, простейшим
представителем которых является спиновый клапан. Эти устройства состоят из двух ферромагнитных
электродов, разделенных слоем немагнитного вещества. Электрический ток зависит от взаимной
ориентации векторов намагниченности электродов: если они параллельны – ток есть, а если
антипараллельны – тока нет. Однако для цифровой логики и обработки сигналов требуются более
сложные устройства, в которых возможен независимый контроль спинового тока за счет электрического
напряжения, подаваемого на дополнительный третий терминал. Такие устройства давно обсуждаются
теоретически, но изготовить их до сих пор не получалось.
Группа из Университета Базеля (Швейцария) недавно сообщила о первой удачной попытке создания
трехтерминального спин-электронного прибора. Его работа основана на эффекте туннельного
магнитосопротивления, то есть на переходе электронов из одного ферромагнитного электрода в другой за
счет квантового туннелирования через немагнитный мостик. Роль мостика играла углеродная нанотрубка
длиной порядка 500 нм, из-за малых размеров которой в токопереносе задействовано лишь небольшое
число дискретных энергетических уровней, так что квантовомеханическая фаза туннелирующих
электронов сохраняется на всей ее длине. Поэтому такой прибор можно назвать фазово-когерентным
спиновым вентилем. Его полное сопротивление не есть простая арифметическая сумма сопротивлений
магнитных электродов и немагнитного мостика (как в обычном некогерентном спиновом клапане), а
определяется сопротивлениями двух раздельных каналов – для электронов со спином "вверх" и для
электронов со спином "вниз". Оно существенно зависит от положения токонесущих квантовых состояний
относительно уровня Ферми электродов, поэтому его можно изменять по своему усмотрению с помощью
третьего (управляющего) электрода – как в обычном полевом транзисторе на основе кремния. При этом
удается контролируемым образом изменять не только величину туннельного магнитосопротивления, но и
его знак. Это открывает дорогу к многофункциональным спин-электронным устройствам. К недостаткам
нового прибора можно отнести разве что низкую рабочую температуру ( ~ 1 К). Чтобы ее повысить,
нужно значительно увеличить расстояние между дискретными энергетическими уровнями в нанотрубке.
А для этого требуется уменьшить ее длину до примерно 20 нм. Современной литографии это вполне по
силам. И тогда, возможно, спинтроника войдет в нашу жизнь при комнатной температуре.
Источник информации - бюллетень ПерсТ, выпуск 23 за 2005 г.