26 мая 2024, воскресенье, 23:42
TelegramVK.comTwitterYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

22 сентября 2023, 12:00

Платиновый бутерброд для спинтроники

В традиционном представлении спин +1/2 соответствует вращению электрона вокруг своей оси, вызывающему магнитный момент, а спин -1/2 соответствует тому же вращению в противоположном направлении, создающему магнитный момент противоположного знака
В традиционном представлении спин +1/2 соответствует вращению электрона вокруг своей оси, вызывающему магнитный момент, а спин -1/2 соответствует тому же вращению в противоположном направлении, создающему магнитный момент противоположного знака
S. Smogunov; Y.-J. Dappe/SPEC

Ученые Московского физико-технического института и Института физики твердого тела РАН совместно с зарубежными коллегами изучили свойства тонкослойной гетероструктуры «платина — ниобий». Проведенные ими эксперименты и теоретические расчеты подтвердили, что при контакте со сверхпроводником в платине возникает спин, который можно использовать как носитель информации. Платина не обладает собственным магнитным моментом, что в перспективе дает возможность создавать на базе новой структуры еще более миниатюрные чипы, чем в «традиционной» спинтронике. Об исследовании сообщает пресс-служба МФТИ.

Одна из важнейших задач современной науки — создание новой элементной базы для устройств обработки данных. Существующие полупроводниковые технологии близки к своему пределу, всё чаще звучат опасения, что закон Мура, согласно которому количество транзисторов, которые можно разместить на одном кремниевом чипе, удваивается каждые два года, уже работает медленнее и вскоре окончательно прекратит существование. Это связано с чисто физическими ограничениями: невозможно создать транзистор размером меньше единичного атома. Следовательно, нужны устройства, которые будут работать на новых физических принципах.

Одним из перспективных подходов к этой задаче является сверхпроводниковая спинтроника. В отличие от электроники, здесь носителем информации будет не заряд электрона, а его спин, то есть ориентация оси вращения. Согласно принципу Паули, возможно два состояния: спин направлен вверх и спин направлен вниз, что дает возможность соотнести одно из них с нулем, второе — с единицей и, таким образом, записывать информацию по битам. Чтобы такие приборы могли работать, необходимо уметь управлять направлениями спинов электронов, причем по возможности избегая тепловых потерь. В сверхпроводниках электроны двигаются без сопротивления, но делают это специфическим образом, объединяясь в куперовские пары. Спин одного электрона при этом направлен вверх, второго — вниз, суммарный же спин равен нулю, и информацию, закодированную в спине, такая конструкция переносить не может.  Чтобы получить пары, где оба спина направлены вверх, традиционно используют структуры, где со сверхпроводником граничит тонкий слой ферромагнитного материала. Однако у этого подхода есть недостатки, и главный из них заключается в том, что из-за собственных магнитных полей в ферромагнетиках вычислительные элементы будут влиять друг на друга.

Ирина Бобкова, заведующая лабораторией спиновых явлений в сверхпроводниковых наноструктурах и устройствах МФТИ, поясняет: «Мы решили подойти с другой стороны. Вместо ферромагнетиков взяли платину. Она не обладает собственным магнитным моментом. Поэтому мы можем изменять нужным нам образом спины электронов, прикладывая внешнее магнитное поле. Проведенные эксперименты доказали нашу правоту». 

На основе созданных учеными платино-ниобиевых «бутербродиков» можно будет построить более компактные вычислительные устройства. Эксперимент показал, что при взаимодействии тонкого слоя платины со сверхпроводником в платину, благодаря эффекту близости, проникают куперовские пары. С помощью магнитного поля физики частично переориентировали спины электронов этих пар, таким образом доказав возможность передавать информацию. 

В научную группу, кроме ученых МФТИ, входили их коллеги из Института физики твердого тела РАН (Черноголовка), Университета Сент-Эндрюс и лаборатории Резерфорда Эпплтона (Великобритания), Института Пауля Шеррера (Швейцария) и Шанхайского университета Цзяо Тонг.

Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
VK.com Twitter Telegram YouTube Яндекс.Дзен Одноклассники
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2024.