Графен улучшает рабочие характеристики спинтронных устройств

Сотрудники Naval Research Laboratory (США) показали, что графен способен выполнять функцию контакта для переноса спина из ферромагнитного металла в кремний. Слой атомов углерода с гексагональной решеткой обеспечивает однородный, химически инертный и термоустойчивый туннельный барьер, свободный от дефектов и энергетических ловушек, характерных для оксидных барьеров.

Результаты исследования изложены в статье, опубликованной в Nature Nanotechnology 30 сентября.

Ферромагнитные металлы, такие как железо или пермаллой, являются естественно спин-поляризованными и, поэтому, представляют идеальные контакты для ввода спина в полупроводник. Но, чтобы предотвратить растворение обоих спиновых каналов полупроводника намного большей проводимостью металла необходим туннельный барьер. Типично используемые оксидные барьеры (MgO или Al2O3) имеют слишком высокое сопротивление, плюс различные дефекты, ловушки зарядов, интердиффузия — все эти факторы ухудшают производительность.

Для решения этой проблемы коллектив из NRL применил в качестве барьера однослойный графен. Проведенный ими эксперимент по детектированию накопления спина в кремнии при температурах выше комнатной показал, что сопротивление контактной зоны с графеном в 100-1000 раз ниже, чем при использовании оксидных туннельных барьеров.

Ученые предполагают, что многослойный графен способен обеспечить гораздо более высокие величины туннельной спиновой поляризации. Это позволит улучшить такие характеристики спинтронных устройств, как быстродействие и соотношение сигнал-шум, и ускорит технологическое внедрение полупроводниковой спинтроники.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365