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

 

Неземная красота цветных метаморфоз ферромагнитных жидкостей
Неземная красота цветных метаморфоз ферромагнитных жидкостей

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
Семенова Анна Александровна
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

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!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.