Учёным из НИФТИ ННГУ удалось вырастить полупроводниковые наноструктуры с эффектом спиновой памяти — энергонезависимой 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 Physical Review B.
Спиновая память — одно из главных направлений спиновой электроники. Это совокупность квантовых технологий, которые основаны на управлении магнитными моментами электронов. Каждый электрон несёт не только заряд, но и спин (от англ. spin — «вращение»), собственный магнитный момент, который создаёт 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 (Universidade Estadual de Campinas, Бразилия) и Университета Уберландии (Universidade Federal de Uberlândia, 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. Применение этой техники позволило обнаружить эффект спиновой памяти и 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 — углублённое описание физики микроскопических процессов и более точный расчёт параметров.