Физика полупроводников: управляя спином

Генерирование и поддержка электрического тока с уникальными свойствами для обработки данных приблизились к реальности после успешной теоретической демонстрации.

Спинтроника – форма обработки сигналов подобная той, что используется в традиционной электронике, но получающая преимущества от такого квантового свойства электрона, как спин. Основа, на которой базируется спинтроника – создание потока электронов с параллельными спинами, так называемый спин-поляризованный ток. Однако дефекты в материале могут легко разрушить поляризацию. Согласно теоретическому исследованию Сен Гхи Таня (Seng GheeTan) с сотрудниками из A*STAR Data Storage Institute (Сингапур), простое приложение переменного напряжения к устройству может помочь управлять спин-поляризованным током даже при наличии загрязнений.

Тань с коллегами рассмотрели двумерный электронный газ – систему, в которой электроны могут двигаться только в одной плоскости. Когда спин-поляризованный ток течет через такой материал, спин взаимодействуют с движением электронов посредством эффекта, известного как спин-орбитальный эффект Рашбы, открытый Эммануилом Рашбой, выпускником Киевского государственного университета им. Тараса Шевченко. Эффект заставляет спины прецессировать, что понижает суммарную поляризацию до нуля. «Мы хотели продлить время существования спинового тока в канале, управляя силой взаимодействия Рашбы», – сказал Тань. С этой целью команда исследовала устройство, известное как выпрямитель спинового тока, который позволяет спиновому току течь с одной специфической поляризацией – например, с поляризацией только вверх. Исследователи получили простое уравнение, которое описывало поведение спинового тока при приложении переменного напряжения. Их модель показала, что когда частота напряжения нулевая, спины прецессируют. Однако при увеличении частоты они обнаружили увеличивающуюся асимметрию поляризации. Их метод может даже полностью подавить прецессию. Когда внешняя частота модуляции много больше, чем естественная частота прецессии, у спинов нет времени изменить направление, так что поляризация сохраняется.

Если удастся поддерживать спиновый ток, то спинтроника обретет права электроники с дополнительным преимуществом точного управления. Поэтому выпрямитель спинового тока, исследованный Танем с коллегами, мог бы стать жизненной компонентой технологии будущего.