Ученые разработали технологию определения спина электронов при помощи лазерного света - «Наука и технологии»

Напомним нашим читателям, что спинтроника - это область, родственная электронике, но в которой для кодирования и хранения информации используется не электрический заряд, переносимый электронами, а направление их вращения, так называемый спин. Спинтроника является основополагающей технологией, используемой в головках жестких дисков наших компьютеров, и сейчас ведутся интенсивные разработки в направлении создания логических элементов и цифровых устройств, работа которых основана на использовании вращения электронов и которые в будущем могут стать узлами квантовых компьютеров.

Во всех спинтронных технологиях, как в практических, так и в опытных, для управлением вращением электронов используются электрические поля определенной конфигурации. А основным способом считывания спина электронов является использование сильных магнитных полей. Однако, исследователи из лондонского Центра нанотехнологий (London Centre for Nanotechnology, LCN) отодвинули в сторону использование электрических и магнитных полей, продемонстрировав, что спин электрона можно читать более удобным в некоторых случаях способом - при помощи света лазера.

Технология, которая была разработана учеными, получила название зависимого от вращения эффекта туннелирования, который реализуется при помощи кремниевой подложки, допированной атомами фосфора. Наличие атома фосфора в кристаллической решетке кремния обеспечивает наличие в этом месте несвязанного электрона, направление которого можно задать и прочитать при помощи магнитов или света лазера.

Исследователи LCN обнаружили, что освещение светом лазера кремниевой подложки с атомами фосфора создает нечто, называемое "привязанными экситонами", которые представляют собой возбужденные электроны, связанные с носителями положительного электрического заряда - с электронными дырками, которые формируются когда фотоны света взаимодействуют с полупроводниковыми материалами. Из-за наличия примеси фосфора экситоны остаются неподвижными, и когда электрон снова объединяется с дыркой, высвобождается энергия, достаточная для того, чтобы вырвать свободный электрон из атома фосфора.

Однако, самого факта "изгнания" электрона из атома фосфора недостаточно для того, чтобы измерить его спин. Но такой эффект позволяет создать крошечный электрический ток, измерение параметров которого позволяет исследователям установить значение спина электрона.

"В основе нашей технологии лежит тот факт, что электроны, имеющие разные спины, обладают немного отличающимся друг от друга количеством энергии" - рассказывает Чеук Ло (Cheuk Lo), глава исследовательской группы, - "Точно подстраивая длину волны лазерного света мы можем обеспечить подачу только такого количества энергии, которое необходимо для "изгнания" из материала электронов, имеющих определенное значение спина. Освещая поочередно материал светом лазера с различными длинами волн, и измеряя параметры возникающего при этом электрического тока, мы можем с достаточно высокой точностью установить значение спина электронов".

Поскольку такая технология позволяет читать значение спина электронов без использования магнитных и электрических полей, ее можно использовать в такой окружающей среде, в таких научных инструментах и промышленном оборудовании, где использование магнитных полей недопустимо или затруднено в силу разных причин.