Молетроника. Спинтроника

1. Молетроника Спинтроника

2.

• информацию можно кодировать спинами электронов
• Спин электрона проводимости не взаимодействует с
электрическим полем. Это обеспечивает малые энергии
управления спином, относительную независимость его от
мешающих факторов и т.д. Однако на спин оказывается столь
же трудно повлиять при попытке спинового кодирования
информации.

3. Элемент, управляющий поляризацией спина проходящих электронов

Элемент представляет собой модифицированный туннельный контакт
с ферромагнитным металлом, который достаточно давно
рассматривался как реальный элемент спинтроники
Устройство, в котором поляризация спинового тока через туннельный
переход управляется электрическим полем.
Схема устройства
Электрическое поле (~1В) прикладывается к тонкому слою (1 нм)
сегнетоэлектрического материала – титаната бария, который и служит
диэлектриком, образующим туннельный переход. Поляризация
титаната бария управляется приложенным электрическим полем. На
спин инжектируемого электрона электрическая поляризация
диэлектрического слоя непосредственно не влияет, но, по-видимому,
как-то взаимодействует с электронами в ферромагнитном металле,
являющегося эмиттером туннельного тока. Поляризация туннельного
тока детектируется по туннельному магнитосопротивлению. Авторы
считают, что ключевым в обнаруженном эффекте является
взаимодействие сегнетоэлектрика и ферромагнетика на интерфейсе.

4.

• искать возможности управления спинами нужно именно на
стыке материалов с большими электрической и магнитной
восприимчивостями. Более того, природа припасла еще коекакие материалы, в которых обе эти функция заложены
изначально – т.н. мультиферроики.

5. Перспективы наноспитроники Основы наноспинтроники

I) многослойные системы и наноструктуры на основе металлов,
находящие применение в сфере производства датчиков, использующих
эффекты супер-магнеторезистивности (GMR) и туннельной
магнеторезистивности (TMR), а также современных магнитных
носителей информации,
II) полупроводниковые ферромагнитные гетероструктуры и
разбавленные магнитные полупроводники, внедрение которых
обещает существенно расширить функциональные возможности
полупроводниковых наноэлектронных устройств, и
III) молекулярная спинтроника, которая в настоящее время начинает
активно развиваться и имеет значительный потенциал в плане
миниатюризации и увеличения функциональности. Однако конечный
успех деятельности во всех трех направлениях в огромной степени
зависит от фундаментального изучения магнитных и зависящих от
спина свойств и взаимодействий на атомарном уровне, что требует
определения спиновых структур и спиновых возбуждений вплоть до
атомарного масштаба.

6. Визуализация спиновых структур атомарного масштаба

Методика: Спинполяризованная сканирующая туннельная микроскопия - Сочетание
выдающейся разрешающей способности сканирующей туннельной микроскопии и
чувствительности спина на основе вакуумного тунеллирования спин- поляризованных
электронов.
Перспективы: Глубинноеисследования коллинеарных и неколлинеарных спиновых структур на
поверхностях магнитных наноструктур; стало возможным недавно сделанное открытие новых
типов наномасштабного магнитного порядка.
Новейшие разработки: Спин-поляризованная сканирующая туннельная микроскопия при
температурах, близких к 0° Кельвина
o
Позволяет изучать магнитные свойства основного состояния отдельных магнитных
адатомов на немагнитной подложке
o
Позволяет изучать магнитные взаимодействия, имеющие место между подобными
адатомами.
o
Благодаря обнаружению зависящих от спина процессов обмена и сил взаимодействия,
впервые удалось выполнить непосредственное наблюдение спиновых структур на
поверхностях антиферромагнитных диэлектриков в реальном пространстве.
Новый вид сканирующей зондовой микроскопии - «магнитная обменно-силовая микроскопия
(MexFM)»,
o
Является мощным инструментом для исследования различных типов спин-спиновых
взаимодействий на основе прямого обмена, сверхобмена и обмена типа RKKY вплоть до
атомарного уровня.
o
В сочетании с высокоточными средствами измерения демпфирующих сил, магнитная
обменно-силовая микроскопия позволила также осуществлять экспериментальное изучение
локализованных и ограниченных спиновых возбуждений в малоразмерных магнитных
системах.
o
Комплексное комбинирование считывания состояния спина и манипулирования таковым на
основе индуцированного спиновым током переключения через вакуумный промежуток с
использованием технологии спинполяризованной сканирующей туннельной микроскопии,
представляет собой новый перспективный подход к проблеме сверхплотной магнитной
записи, позволяющий обойтись без использования магнитных полей рассеяния.

7.

Отдельные адатомы кобальта на ступенчатой платиновой (111) подложке с монослойными полосами кобальта по граням
ступеней. Топограмма, полученная методом сканирующей туннельной микроскопии, раскрашена с использованием полученной
одновременно с ней карты значений dI/dU (со спиновым разрешением), измеренных при помощи магнитного наконечника,
чувствительного к внеплоскостным спиновым компонентам.

8. Молекулярный транзистор

• Основные принципы работы твердотельного молекулярного
транзистора, в котором модуляция транспортного тока
достигается путем изменения энергий электронных орбиталей
органической молекулы за счет напряжения на затворе.
• Если транспорт электронов осуществляется через нижнюю
незаполненную молекулярную орбиталь (LUMO), то имеет место
проводимость n-типа, а если через верхнюю заполненную
(HOMO) – то p-типа.
• Используя спектроскопию неупругого туннелирования
электронов (IET), можно определить, через какие конкретно
молекулярные орбитали происходит туннелирование носителей
заряда.
Молекулярный
полевой
транзистор
100 нм
источник
сток
затвор