Немецкие и польские физики изготовили из сплава теллура, кадмия и марганца экспериментальный прототип транзистора, использующего для передачи информации спин электрона – направление вращения частицы, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

В последние десятилетия физики активно изучают квантовые свойства электронов и атомов и пытаются приспособить их для создания электронных приборов.

В обычной микроэлектронике информация представляется с помощью электрического заряда. В спиновой электронике, или спинтронике, информация представляется с помощью спина электрона – «направления вращения» частицы.

Если представить себе электрон как вращающийся волчок, то спином условно можно назвать одно из направлений оси его вращения. Этот спин, в частности, определяет магнитные свойства материалов – если в каком-либо материале спины большинства электронов направлены в одну сторону, то такой материал обладает намагниченностью.

Группа физиков под руководством Дитера Вайсса (Dieter Weiss) из университета города Регенсбург (Германия) разработала

один из первых рабочих прототипов спинового транзистора, изучая свойства сплава из теллура и кадмия (CdMnTe) с вкраплениями в виде атомов марганца.

Вайсс и его коллеги обнаружили, что это соединение обладает интересными магнитными свойствами при температурах, близких к абсолютному нулю. При особой конфигурации магнитного поля внутри сплава, в нем возникает туннельный эффект, впервые описанный российским физиком Львом Ландау и его американским коллегой Кларенсом Зенером (Clarence Zener) в 1932 году.

Как объясняют ученые, если магнитное поле меняется постепенно и не содержит резких переходов, то электрон, путешествующий из одного конца сплава в другой, сохранит свой спин и соответственно, информацию. Такой переход называется адиабатическим. В обратном случае – при диабатическом переходе – электрон поменяет свой спин при пересечении линии, где магнитное поле резко меняется.

Авторы статьи использовали это свойство сплава для создания спинового транзистора. Изобретение Вайсса и его коллег состоит из сверхпроводящей магнитной катушки, пластинки из CdMnTe и специальной решетки из ферромагнетика, управлявшей конфигурацией магнитного поля.

Ученые подключили прибор к источнику электронов и изучили его поведение при разных конфигурациях магнитного поля.

По словам физиков,

при появлении магнитного поля транзистор проводит электроны и сохраняет их спин, а при его отсутствии электроны теряют информацию.

Как утверждают исследователи,

спин сохраняется при путешествии частиц на достаточно солидное расстояние – 50 микрометров, что значительно больше, чем удавалось достигнуть другим группам физиков.

Вайс и его коллеги отмечают, что такой спин-транзистор является всего лишь экспериментальным прототипом – он работает при крайне низких температурах и не приспособлен для работы в реальных приборах. Его доработка до уровня современных полупроводниковых транзисторов потребует многих лет исследований и изобретения новых материалов, превосходящих по своим свойствам сплав CdMnTe.