Учёные ННГУ вырастили наноструктуру с эффектом спиновой памяти

Структура может стать одним из компонентов отечественной наноэлектроники и спинтроники

Учёным НИФТИ ННГУ удалось вырастить полупроводниковые наноструктуры с эффектом спиновой памяти – плотной и энергонезависимой магнитной памяти, базирующейся на квантовых технологиях. Физики и технологи создали структуру из сверхтонкого слоя магнитных атомов марганца (Mn), который находится в нескольких нанометрах от полупроводниковой квантовой ямы с арсенидом галлия (GaAs), а также продемонстрировали запись и считывание информации с помощью импульсов поляризованного света. 

Сегодня такие гибридные платформы, сочетающие свойства полупроводникового диода и магнитного элемента памяти, разрабатываются многими научными коллективами России и мира, прежде всего – США и Японии. Структура, созданная в НИФТИ ННГУ обладает характеристиками на уровне лучших образцов. Нижегородским учёным удалось добиться стабильного эффекта спиновой памяти в наноструктуре с атомарно тонкими слоями магнитных атомов. Результат зафиксировала команда учёных под руководством д.ф.-м.н. Михаила Дорохина. Работа опубликована в ведущем международном журнале Physical Review B.

Спиновая память – одно из главных направлений спиновой электроники. Это квантовые технологии, которые основаны на управлении магнитными моментами электронов. Каждый электрон несёт не только заряд, но и спин (от англ. spin – «вращение»), собственный магнитный момент, который создает вокруг себя магнитное поле.  Им можно управлять, когда электрон «заперт» в квантовой яме – сверхтонком слое полупроводника, ограничивающем движение частицы. Спин электрона можно поворачивать и ориентировать в разных направлениях, как стрелку компаса. С помощью этих переключений в спиновой памяти происходит кодирование информации. Используя таким образом магнитные моменты электронов и атомов, «записывая» их и «считывая», можно построить более быструю и энергоэффективную компонентную базу электроники, заменить традиционные полупроводниковые диоды, светодиоды и транзисторы на их спиновые аналоги. Для этого нужен материал, который обладает свойствами и полупроводника, и постоянного магнита.

Получение гибридных структур, содержащих полупроводниковые и магнитные слои – одно из главных направлений в работе международной команды учёных из Научно-исследовательского физико-технического института, физического факультета Университета Лобачевского (г. Нижний Новгород, Россия), Университета Кампинаса и Университета Уберландии (Бразилия). Научные центры работают над проектами в области спиновой электроники уже более 15 лет. Бразильские коллеги помогают нижегородцам манипулировать магнитными свойствами образцов, воздействуя на них сверхбыстрыми фемтосекундными лазерными импульсами. Именно с помощью этой техники удалось обнаружить эффект спиновой памяти в последнем исследовании. Оптический импульс создает поляризацию, то есть разность в числе магнитных моментов различной ориентации, в квантовой яме со слоем арсенида галлия (GaAs) в центре. Электроны поляризуются и намагничивают соседний нанослой атомов марганца (Mn), который, в свою очередь, запоминает и сохраняет эту поляризацию.

Эта технологическая база может стать одним из компонентов российской наноэлектроники и спинтроники. В планах у команды учёных – углубленное описание физики микроскопических процессов и более точный расчет параметров.