Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Пленки EuO на Si и GaN – материальная база спинтроники?
Основными элементами устройств спиновой электроники (спинтроники) являются "поляризаторы" электронных спинов и "спиновые провода", двигаясь по которым, электроны переносят информацию, закодированную в направления их спинов.
Функцию поляризатора может выполнять ферромагнитный полупроводник или полуметалл, а спиновые провода нужно изготавливать из вещества со слабым спин-орбитальным взаимодействием, чтобы поляризация спинов сохранялась на как можно большей длине Ls и в течение как можно более длительного времени Ts. В качестве такого вещества очень подошел бы кремний (Ls ~ 1 ¸ 10 мкм и Ts ~ 100 мкс). Что касается ферромагнитного полупроводника, то одним из оптимальных кандидатов считается оксид европия EuO. Он имеет сравнительно высокую температуру Кюри TC» 69К, а спиновая поляризация при соответствующей концентрации носителей может достигать почти 100 %. Кроме того, EuO является единственным магнитным бинарным оксидом, который термодинамически устойчив в контакте с кремнием. Но использовать "сладкую парочку" EuO+Si на практике долгое время не удавалось из-за проблем с изготовлением качественных тонких пленок EuO/Si и разложением (+ окислением) на воздухе (EuO ® Eu2O3 + гидроксиды).
Схематическое изображение типичного спинтронного устройства. Неполяризованные по спину электроны инжектируются в электрод, где они поляризуются, а затем двигаются к другому электроду, неся на себе "спиновую информацию", которая затем "считывается" путем измерения поляризации света, испускаемого при рекомбинации электронов с дырками (в зависимости от ориентации спинов этот свет имеет левую или правую круговую поляризацию).
В работе [1] международный коллектив физиков и технологов из Германии, США и России (ИФТТ РАН) сообщил о разработке технологии выращивания эпитаксиальных пленок Eu1-yLayO1-x на подложках (001) Si (небольшой дефицит кислорода и частичное замещение Eu/La необходимы для того, чтобы удельные сопротивления EuO и Si по порядку величины сравнялись – это является обязательным условием эффективной инжекции спинов из EuO в Si). Для предотвращения деградации пленок на воздухе их покрывали защитным слоем Al2O3 толщиной (10 ¸ 20) нм. Условия осаждения оптимизировали так, чтобы пленки были однофазными и монокристаллическими (о чем свидетельствуют данные рентгеновской дифракции). Поляризация спинов в них превышает 90 %. Такие же пленки удалось вырастить и на подложках (0001) GaN. Интеграция EuO с "технологичными" полупроводниковыми материалами сулит спинтронике выход на новый качественный уровень уже в самом ближайшем будущем. Помимо известных низкочастотных приложений, можно ожидать разработок СВЧ и оптических спинтронных устройств. Не исключено, что скоро в научный обиход войдут такие термины как, например, "спиновая оптика" и "спиновый эффект Ганна".