„Това е революция в микроелектрониката“
Изследването на квантовите свойства на електроните и спинтрониката, науката, която изучава взаимодействието на присъщите магнитни моменти на електроните (спиновете) с електромагнитните полета, може да достигне качествено ново ниво благодарение на експеримента на група физици, ръководени от Дитер Вайс.
Преди няколко години експертите идентифицираха три основни направления в развитието на спиновата електроника: квантов компютър (за който проф. Александър Лвовски от университета в Калгари вече говори в интервю за вестник "ВЗГЛЯД"), спинов полев транзистор и спинова памет.
VZGLYAD: Анатолий Константинович, изследователска група, ръководена от Иън Апелбаум от университета в Делауеър, успя да създаде базиран на силиций спинов транзистор през 2007 г. Каква е новостта на работата на Дитер Вайс? Как оценявате този експеримент?
Вайс и колегите му направиха транзистор от свръхпроводяща магнитна намотка, плоча от кадмий, манган и телур (CdMnTe) и специална феромагнитна решетка, която контролираше конфигурацията на магнитното поле. Те изследвали как различните конфигурации на магнитното поле влияят на поведението на устройството. Но аз виждам основното предимство на работата на немските физици във факта, че в техния експеримент спинът на електрона може да се разпространи на разстояние от 50 микрона. Това е много, учените все още не са постигнали такива показатели. Използваха други материали, но за съжаление проблемът с температурата все още остава. Всички експерименти се провеждат при температура на течен хелий.
ГЛЕД: Толкова ли е обещаваща спиновата електроника?
А. Z.: Спиновата електроника е млада, но наистина много обещаваща област на квантовата електроника. Силициевата микроелектроника вече се е изчерпала, така че сега е важно да се намерят други физическипринципи, върху които ще бъдат изградени високоскоростни устройства с ниска консумация на енергия и генериране на топлина.
Спинтрониката е нова стъпка, защото просто използва не само електрони, но и спинове (спинът е присъщият ъглов импулс на елементарните частици, който има квантова природа и не е свързан с движението на частицата като цяло - ИЗГЛЕД). При устройствата за въртене въртенето на въртенето практически не изисква енергия, а в интервалите между операциите устройството е изключено от източника на захранване. Ако промените посоката на въртене, тогава кинетичната енергия на електрона няма да се промени, т.е. почти не се отделя топлина. Това също е революция в микроелектрониката.
Тъй като конвенционалните MOS транзистори (метал-оксид-полупроводник) имат известни проблеми: те са много чувствителни към повишаване на температурата, електрически претоварвания и силно проникваща радиация. Спиновата електроника може да надхвърли хоризонтите на силиконовата електроника и да избегне стагнацията в науката.
ГЛЕД: Вие говорите за спинови транзистори и MOSFET. Какво е MOSFET и каква е основната разлика между тези устройства?
А. Z.: Най-общо транзисторът е устройство, направено от полупроводникови материали, което се използва за генериране, усилване и преобразуване на електрически сигнали. Аналоговата технология използва биполярни транзистори, които споменах по-рано, и цялата ни цифрова технология е изградена върху по-икономични MOSFET транзистори или, както се наричат още, MIS транзистори (метал-изолатор-полупроводник).
Спиновият транзистор наподобява работата на силициев полеви транзистор, но традиционните електронни устройства се управляват предимно от приложено напрежение и за да се манипулират свойствата на въртене, е необходимоизползвайте външно магнитно поле. Каква е разликата? В новите транзистори всичко зависи от въртенето, магнитното поле може да обърне това въртене. Това е като отваряне и затваряне на вода - кранът се завъртя и посоката на водата се промени.
VZGLYAD: Имат ли перспективи за практическо приложение спиновите транзистори? Какво ще се промени, ако можем да ги използваме?
А. З.: Все още е много трудно да се говори за перспективите. Докато изследванията и експериментите са в ход. Наши млади учени от Московския физико-технологичен институт, заедно с колеги от Масачузетския технологичен институт, активно работят върху спинтронни устройства при стайна температура. Но остава въпросът с търсенето на материали. И това може да отнеме десетилетия.