Polovodičové součástky mohou usměrňovat spin elektronů

Využívání rozdílného spinu elektronů není v moderní elektronice již nic nového. Jedná se o takzvaná spintronická zařízení (spin-based electronics = elektronika založená na spinu). Při laboratorním experimentování se strukturami, které se v tomto oboru využívají, učinili ale vědci zmíněné americké univerzity velmi zajímavé zjištění.

Schematické znázornění studované struktury FM/SC|foto: Kawakami lab, UC Riverside

Zkoumali totiž, jak elektrony s různým spinem procházejí z vrstvičky polovodičového materiálu přes ultratenkou vrstvu oxidu hořečnatého (MgO) do vrstvičky feromagnetického materiálu (tzv. struktura feromagnet/polovodič - FM/SC). Přitom zjistili, že změnou tloušťky prostřední vrstvičky jsou schopni ovlivňovat, které elektrony, pokud jde o spin, procházejí z polovodiče do feromagnetického materiálu. Na obrázku je tato různá tloušťka mezivrstvy schematicky znázorněna. Pokud byla tloušťka MgO menší než dvě atomové vrstvy, procházely jí pouze elektrony s určitou orientací spinu; elektrony s opačným spinem se odrážely zpět. Při tloušťce MgO dvě až šest atomových vrstev procházely a odrážely se zpět elektrony s obráceně orientovanými spiny, než tomu bylo v prvním případě. Při tloušťce MgO větší než šest atomových vrstev se všechny elektrony vycházející z polovodiče odrážely zpět.

Schopnost ovlivňovat to, které elektrony budou z polovodiče do feromagnetické vrstvy procházet, se může použít k řízení toku elektrického proudu používaného pro přenos informací. Metoda by proto mohla nalézt využití při vývoji nových typů paměťových čipů nebo čtecích hlav paměťových disků. Studii publikoval časopis Physical Review Letters.