Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Spin polarized field effect transistor (Spin –FET Спин-поляризованный полевой транзистор).
Spin-LED (spin light-emitting diode — спиновый светодиод).

Магнитные полупроводники для спинтроники

Ключевые слова:  магнитные полупроводники, материаловедение, спинтроника

Автор(ы): Охапкина Д.Ю.

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

19 декабря 2010

Cпинтроника — устоявшийся термин, но существуют разные его толкования: электроника переноса спина (spin transport electronics), электроника, основанная на спине (spin-based electronics), или просто спин-электроника (spin-electronics). В наше время спинтроника изучает магнитные и магнитооптические взаимодействия в полупроводниковых структурах, динамику и когерентные свойства спинов в конденсированных средах, а также квантовые магнитные явления в структурах нанометрового размера. В настоящее время идет активная работа над созданием магнитных полупроводников, которые удовлетворяли бы всем требованиям, предъявляемым спинтроникой.

Во-первых, материалы, из которых будут изготавливаться элементы спинтроники, не должны менять своих свойств под воздействием влажности, давления, температуры. Во-вторых, они должны быть „технологичными“, например, допускать нанесение омических контактов и быть интегрируемыми с современной кремниевой электроникой. В-третьих, центральным вопросом спинтроники является вопрос о времени спиновой когерентности. Если это время слишком мало, то разориентация спинов приводит к потере информации, переносимой каждым спином. В-четвертых, используемые материалы должны обладать высокой подвижностью носителей заряда и быть ферромагнитными при комнатной температуре.

„Полупроводниковая“ спинтроника в отличие от спинтроники „металлорганической“ во многом удовлетворяет перечисленным выше требованиям. Уникальные физические свойства магнитных полупроводников связаны с наличием в их зонной структуре особой — третьей зоны, которая образуется электронными d- и f-оболочками атомов переходных или редкоземельных элементов.

В настоящее время идет интенсивный поиск новых ферромагнитных полупроводников с более высокой температурой Кюри, которые могли бы быть использованы в качестве спиновых инжекторов при температурах порядка комнатной и при слабом внешнем магнитном поле.

Нанопроволоки оптически прозрачных полупроводников II, VI групп, такие как CdS, CdSe, ZnS, достаточно хорошо изучены ввиду их уникальных оптических свойств. Легирование подобных нанопроволок переходными металлами позволило бы управлять их оптическими свойствами при помощи магнитного поля.

К настоящему времени синтезированы различные металл-оксидные нанопроволоки, легированные переходными металлами, такими как Mn, Co, Ni. Нанопроволоки магнитных полупроводников p- и n-типов на основе Zn1−xMxO (где M = Mn,Co, Ni) открывают возможность создания биполярного спинового транзистора. На реалистичность создания такого прибора указывает ферромагнетизм нанопроволок Zn1−xMxO, выращенных методом CVD. Он обусловлен косвенным обменным взаимодействием за счет переноса спина подвижными носителями заряда — дырками и электронами. На основе нанопроволок TiO2, легированных кобальтом, и на основе нанокабеля типа ядро–оболочка ZnO/Zn1−xCoxO может быть создан spin-FET (spin field-effect transistor — спиновой полевой транзистор).

Магнитные проводники III, V групп достаточно хорошо изучены как теоретически, так и экспериментально. Наиболее известными являются разбавленные магнитные полупроводники на основе арсенида галлия, легированного Мn. Марганец оказался наиболее подходящей магнитной примесью благодаря своей высокой растворимости и диффузионной способности. К настоящему времени получены магнитные полупроводники с TC 160 K на основе p-(Ga1xMnx)As. В широкощелевых материалах p-(Ga,Mn)Р, а также p- и n-(Ga,Mn)N ферромагнетизм обнаружен и при температурах, превышающих комнатную. Исследование магнитных и магнитотранспортных свойств нанопроволок Ga1−xMnxP и Ga1−xMnxN, выращенных методом CVD, показало, что нанопроволоки являются магнитожестким ферромагнетиком с температурой Кюри TC = 330 K, кроме того, магнитосопротивление этих проволок отрицательное.

На основе МП III, V групп уже созданы прототипы spin-FET и spin-LED (spin light-emitting diode — спиновый светодиод). В spin-FET истоком и стоком служат ферромагнетики, соединенные узким полупроводниковым каналом. Спины электронов, инжектируемых в полупроводник, устанавливаются параллельно намагниченности истока. Таким образом, от истока к стоку течет спин-поляризованный ток. Если сток и исток намагничены в одном направлении, что между ними течет электрический ток. В spin-LED спин-поляризованные носители инжектируются из контакта, объединенного с композитным материалом, содержащим, например, нанопроволоки Ga1−xMnxN. Spin-LED может быть использован для передачи информации с помощью спин-кодов. Излучая свет определенной поляризации, зависящей от ориентации спинов, spin-LED позволяет кодировать информацию, переносимую поляризованным светом. Упомянутые приборы требуют получения наноразмерных проволок для их реализации.

В отличие от нанопроволок МП групп II, VI и III, V сведения о создании и исследовании нанопроволок МП группы IV в литературе очень скудны. Впервые о синтезе и исследовании нанопроволок МП группы IV сообщили исследователи из National Physical Laboratory (Teddington, United Kingdom) и University College Cork (Cork, Ireland). Нанопроволоки выращивали методом SCF (supercritical fluid — сверхкритической жидкости).

Наряду с нанопроволоками на основе магнитных полупроводников создают тонкие магнитные пленки, практический интерес к которым обусловлен тем, что методом литографии из них могут быть приготовлены упорядоченные ансамбли наноструктур, используемые для хранения информации.

К настоящему моменту разработана методика получения и аттестации нанокомпозитов, содержащих массивы упорядоченных полупроводниковых ферромагнитных нанопроволок в мембранах анодированного оксида алюминия. Это методика позволяет получать прообразы микрочипов на основе ориентированных нанопроволок с легко регулируемыми и надежно воспроизводимыми геометрическими параметрами элементарных ячеек памяти.

Уже созданы лабораторные прототипы приборов спинтроники, такие как однополярный спиновый транзистор и магнитный биполярный транзистор, уже поступили в продажу модули оперативной памяти на основе MRAM. Все эти приборы также требуют создания нанопроволок и тонких пленок магнитных полупроводников.

Охапкина Д.Ю., Козьменкова А., Матвеева М.,Охапкина Д., Ящук Т. (ФНМ МГУ) по материалам научных публикаций.


В статье использованы материалы: перевод и компоновка студентов ФНМ МГУ


Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 


Комментарии
Москаев Артём Сергеевич, 08 февраля 2016 11:19 
Интересно

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Полимерные нанокомпозиты
Полимерные нанокомпозиты

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ» (Интересные научные события 2020 года от Американского физического общества (APS): Новый век сверхпроводимости. Магические углы в графене. Новые рекорды LIGO и Virgo: сверхмассивные и асимметричные слияния черных дыр. Свет от темной материи в эксперименте Xenon. Чего не хватает для создания квантового интернета? Коперниканский переворот в нейронных сетях. Червякомешалка. Вселенский метроном и предел точности атомных часов. Благородные металлы и графен против токсичных газов. Мультиферроик с ферродолинным упорядочением. Борные сенсоры азотосодержащих загрязнителей.

Наносистемы: физика, химия, математика (2020, Т. 11, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume11/11-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

С Новым годом!
Дорогие друзья и коллеги!
Поздравляем с наступающим 2021 годом!
Желаем всем хорошего настроения и здоровья, удачи во всем и новых достижений!

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.