Forskere tæt på at integrere siliciumelektronik og spintronics

Forskere fra Far Eastern Federal University (FEFU) og Far Eastern Branch ved det russiske videnskabsakademi (FEB RAS) udviklede nanoheterostrukturen bestod af en nanokrystal magnetitfilm (Fe ₃ O ₄ ) dækker et siliciumsubstrat med et ekstra lag siliciumoxid (SiO ₂ /Si). Dens magnetiske og magnetotransport egenskaber kan være med til at designe meget effektive hybrid halvlederenheder med nye spintroniske elementer. Den relaterede artikel blev offentliggjort i Journal of Alloys and Compounds .

Den nye nanoheterostruktur er kun 75 nm tyk og af særlig interesse, da den kan bruges som en kilde til spin-polariserede elektroner til halvleder siliciumsubstratet.

Forfatterne af værket beskrev for første gang optimale betingelser for dannelsen af ​​filmene, der kun indeholder Fe ₃ O ₄ nanokrystaller. Krystalgitteret i disse strukturer har en bestemt foretrukken orientering mod Si-substratet kaldet den krystallinske tekstur.

"Reaktiv aflejring er allerede bevist som en effektiv metode til produktion af nanofilmer. I vores arbejde, vi brugte den reaktive aflejring af jern i en iltatmosfære. Vi studerede effekten af ​​Fe's struktur og morfologi ₃ O ₄ nanofilm om deres magnetiske og elektriske egenskaber. Vi beskrev de betingelser, hvorunder de bedste film kan opnås og yderligere bruges i enheder, der fungerer på basis af spin-polariseret elektroninjektion i silicium via et ultratyndt lag SiO ₂ . Resultaterne af vores grundforskning kan, derfor, være meget udbredt i anvendt fysik, "Sagde Vyacheslav Balashev. Balashev er ingeniør ved Institut for Fysik i Lavdimensionelle Strukturer, Institut for Naturvidenskab, FEFU, og en seniorforsker ved Laboratory for Hybrid Structures, Institut for Automatisering og Kontrolprocesser, FEB RAS.

Elektronespinpolarisering er meget mere effektiv i den nye struktur end i filmene fra andre magnetiske materialer. Dette vil hjælpe med at oprette centrifugeringsinjektorer til spintronic -enheder.

"Forskere fra hele verden har undersøgt Fe's magnetiske og ledende egenskaber ₃ O ₄ nanopartikler og tynde film i to årtier på grund af dens teoretisk forudsagte 100% elektronspinpolarisering. Dette er en perfekt ejendom for spintronic -enheder, der kræver ren centrifugeringsstrøm (en mere effektiv analog af elektrisk strøm) til deres drift. Spinnestrømmen bestemmes af overførslen af ​​elektron -spin, ikke opkræve. Derfor, spintronic -enheder mister ikke energi på Joule -opvarmning, "Alexander Samardak, adjunkt ved Institut for Computersystemer, Institut for Naturvidenskab, FEFU, kommenterede.

Ifølge forskeren, den høje spin -polarisering af magnetit er endnu ikke blevet bekræftet eksperimentelt, men der er nogle lovende studieområder inden for dette område, herunder udvikling af magnetitfilm med en given krystallinsk tekstur på halvlederunderlag. Krystalstrukturen er det, der bestemmer nanofilms magnetiske og magnetotransport egenskaber. Al denne forskning bringer forskere tættere på at skabe yderst effektive injektorer af ren spinstrøm, der kan bruges i hybridenheder baseret på halvledere og magnetiske materialer.

"Moderne elektronik har næsten nået sine grænser. Det er umuligt at reducere størrelsen af ​​dets funktionelle elementer yderligere på grund af en række fysiske begrænsninger. Jeg tror, ​​at integrationen af ​​Si-baseret elektronik og energieffektiv spintronics er lige rundt om hjørnet, "slutter Alexander Samardak.