Ученые России и Испании раскрывают секреты физической кухни
В последние двадцать лет большую популярность среди физиков-теоретиков и экспериментаторов имеет новая область на стыке физики полупроводников, электроники и квантовой механики, называемая спинтроникой. Среди её основных задач – научиться управлять спином носителей заряда в хорошо известных и используемых в технологиях полупроводниковых структурах.
Воплощению идеи в приборе всегда предшествует теоретическая разработка, поэтому по спинтронике к настоящему времени теоретических работ сделано больше, чем экспериментальных. Доцент кафедры теоретической физики физического факультета ННГУ Денис Хомицкий вместе с аспиранткой Екатериной Лаврухиной в соавторстве с профессором Университета Страны Басков г. Бильбао (Испания) Евгением Шерманом предложили новую модель. Она описывает поведение спина электрона в полупроводниковой нанопроволоке с глубокой квантовой точкой (созданной электродами областью, ограничивающей движение), где поведением спина можно управлять воздействием периодического электрического поля.
Известно, что в материалах, обладающих сильным спин-орбитальным взаимодействием, можно управлять спином электрона без переключения магнитного поля, а путём подачи периодического электрического поля на специально подобранной частоте. Это явление, называемое электрическим дипольным спиновым резонансом, известно достаточно давно, но до сих пор его практическое применение ограничено, при этом потребность в такой технологии есть.
«В предложенной модели выяснена роль состояний континуума с энергиями «над» квантовой точкой, куда с неизбежностью будет «просачиваться», или туннелировать электрон под действием достаточно сильного поля в процессе резонанса. Оказывается, что для ускорения переворота спина, что весьма желательно в электронике и спинтронике, не нужны очень сильные электрические поля, поскольку в них электрон туннелирует в континуум слишком быстро, и проекция его спина начинает «затухать» со временем, унося ценную информацию» — рассказал руководитель данной темы от ННГУ Денис Хомицкий.
Отсюда следует практически важный вывод: в подобных структурах следует подбирать оптимальный интервал управляющих полей, то есть можно перевернуть спин электрона быстро, но не слишком быстро, а достаточно «осторожно», чтобы не потерять ценную информацию.
Работа опубликована в ведущем международном журнале Physical Review Applied, входящем в первый квартиль Web of Science, и выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках Государственного задания, а также при поддержке гранта Президента РФ для молодых учёных.
Результаты проекта будут способствовать созданию новых устройств спинтроники и наноэлектроники, важных для создания конкурентного преимущества России в ключевых технологиях, к которым относятся технологии наноструктур и обработки информации на их базе.
