Пленки EuO на Si и GaN – материальная база спинтроники?

Основными элементами устройств спиновой электроники (спинтроники) являются «поляризаторы» электронных спинов и «спиновые провода», двигаясь по которым, электроны переносят информацию, закодированную в направления их спинов.

Функцию поляризатора может выполнять ферромагнитный полупроводник или полуметалл, а спиновые провода нужно изготавливать из вещества со слабым спин-орбитальным взаимодействием, чтобы поляризация спинов сохранялась на как можно большей длине Ls и в течение как можно более длительного времени Ts. В качестве такого вещества очень подошел бы кремний (Ls ~ 1 ÷ 10 мкм и Ts ~ 100 мкс).

Что касается ферромагнитного полупроводника, то одним из оптимальных кандидатов считается оксид европия EuO. Он имеет сравнительно высокую температуру Кюри TC ≈ 69К, а спиновая поляризация при соответствующей концентрации носителей может достигать почти 100%. Кроме того, EuO является единственным магнитным бинарным оксидом, который термодинамически устойчив в контакте с кремнием. Но использовать «сладкую парочку» EuO+Si на практике долгое время не удавалось из-за проблем с изготовлением качественных тонких пленок EuO/Si и разложением (+ окислением) на воздухе (EuO → Eu2O3 + гидроксиды).

Spintronika.jpg Схематическое изображение типичного спинтронного устройства. Неполяризованные по спину электроны инжектируются в электрод, где они поляризуются, а затем двигаются к другому электроду, неся на себе «спиновую информацию», которая затем «считывается» путем измерения поляризации света, испускаемого при рекомбинации электронов с дырками (в зависимости от ориентации спинов этот свет имеет левую или правую круговую поляризацию).

В работе [1] международный коллектив физиков и технологов из Германии, США и России (ИФТТ РАН) сообщил о разработке технологии выращивания эпитаксиальных пленок Eu1-yLayO1-x на подложках (001) Si (небольшой дефицит кислорода и частичное замещение Eu/La необходимы для того, чтобы удельные сопротивления EuO и Si по порядку величины сравнялись – это является обязательным условием эффективной инжекции спинов из EuO в Si).

Для предотвращения деградации пленок на воздухе их покрывали защитным слоем Al2O3 толщиной (10 ÷ 20) нм. Условия осаждения оптимизировали так, чтобы пленки были однофазными и монокристаллическими (о чем свидетельствуют данные рентгеновской дифракции). Поляризация спинов в них превышает 90%. Такие же пленки удалось вырастить и на подложках (0001) GaN. Интеграция EuO с «технологичными» полупроводниковыми материалами сулит спинтронике выход на новый качественный уровень уже в самом ближайшем будущем. Помимо известных низкочастотных приложений, можно ожидать разработок СВЧ и оптических спинтронных устройств. Не исключено, что скоро в научный обиход войдут такие термины как, например, «спиновая оптика» и «спиновый эффект Ганна».

  • 1. Schmehl et al., Nature Mater. 6, 882 (2007)
Пожалуйста, оцените статью:
Пока нет голосов
Источник(и):

ПерсТ: Пленки EuO на Si и GaN – материальная база спинтроники?