В последнем номере журнала Nature рассказывается об успешном эксперименте профессора Рона Янсена из Нидерландов и его коллег, представляющем новый шаг в развитии спинтроники.

С помощью туннелирования между двумя слоями ферромагнетика через нанометровый слой оксида алюминия (Al2O3) ученые ввели поляризованные электроны в кремниевый элемент,

причем им удалось добиться стабильной поляризации спинов большей части электронов при комнатной температуре.

«Управлять» спином не так просто. В магнитных материалах спин электронов меняется вполне охотно, но в полупроводниках, которые можно использовать в реальной практике, он более капризен.

Поэтому главная задача для исследователей, работающих над созданием спинтронных устройств, – суметь перенести упорядоченность спинов из магнитных материалов в полупроводниковые.

Ранее успешные эксперименты такого рода проводились, но они были едва ли применимы в широкой практике.

Для успеха требовались либо экстремально низкие температуры, либо использование довольно экзотических проводников (например арсенида галлия GaAs, который впятеро дороже кремния, «капризнее» его и, возможно, токсичен).

В этом смысле новый эксперимент уникален: в нем используется самый распространенный полупроводник (кремний) в самых обычных условиях (при комнатной температуре и нормальной давлении),

что делает методику применимой не только в лабораторной практике, но и в промышленном масштабе.

В качестве ферромагнитного источника электронов использовался никель-железный сплав, используемый в считывающей головке жестких дисков.

Между магнитом и пластиной кремния помещался ультратонкий (всего 1 нм) слой оксида алюминия.

Обычно Al2O3 ведет себя как диэлектрик, однако под действием электрического поля часть электронов туннелируют через него из магнитного материала в кремний.

Оксидная пленка работает как сито, пропуская электроны с ориентированным спином (поляризованные) лучше, чем прочие.

Так создается общее преимущество электронов с ориентированным спином в полупроводнике.

Ключевым в данном эксперименте является использование тончайшего монослоя (слоя толщиной в один атом) оксида алюминия.

В предыдущих экспериментах использовались более толстые слои, которые задерживали поток электронов с ориентированным спином.

Удачным «ситом» при комнатной температуре оказался именно оксидный монослой.

Простота и эффективность этой методики делает ее новым стандартом для исследователей в области спинтроники, хотя до практического применения ее еще предстоит пройти долгий путь.

Для кодировки информации в кремниевом носителе спины электронов нужно научиться искусственно разворачивать.

Однако «строительные блоки» для создания такого носителя информации теперь созданы.

Что ж, у спинтроники есть достаточные стимулы к развитию: возможности электронных носителей информации небезграничны, а требования к объемам хранения информации и размерам носителей все время растут.

Уменьшение размера чипа делает его производство более сложным и дорогим, а обработка возросшего количества информации требует больших скоростей работы.

Увеличение скорости влечет за собой экспоненциальный рост потребления энергии для перемещения электронов в устройстве.

Возможно, скоро электронные устройства с необходимым размером памяти станут слишком прожорливыми и дорогими для использования.