⚛Управление спином электрона: перевернуть быстро, но осторожно

⚛Управление спином электрона: перевернуть быстро, но осторожно

✅ В последние двадцать лет большую популярность среди физиков-теоретиков и экспериментаторов имеет новая область на стыке физики полупроводников, электроники и квантовой механики, называемая спинтроникой. Одна из её основных задач – научиться управлять спином носителей заряда в хорошо известных и используемых в технологиях полупроводниковых структурах.

✅ Воплощению идеи в приборе всегда предшествует теоретическая разработка, поэтому по спинтронике к настоящему времени теоретических работ сделано больше, чем экспериментальных. Доцент кафедры теоретической физики физического факультета ННГУ Екатериной Лаврухиной в соавторстве с профессором Университета Страны Басков г. Бильбао (Испания) Евгением Шерманом предложили новую модель. Она описывает поведение спина электрона в полупроводниковой нанопроволоке с глубокой квантовой точкой (созданной электродами областью, ограничивающей движение), где поведением спина можно управлять воздействием периодического электрического поля.

✅В материалах, обладающих сильным спин-орбитальным взаимодействием, можно управлять спином электрона без переключения магнитного поля, а путём подачи периодического электрического поля на специально подобранной частоте. Это явление, называемое электрическим дипольным спиновым резонансом, известно достаточно давно, но до сих пор его практическое применение было ограничено, при этом потребность в такой технологии есть.

💬«В предложенной модели выяснена роль состояний континуума с энергиями «над» квантовой точкой, куда с неизбежностью будет «просачиваться», или туннелировать электрон под действием достаточно сильного поля в процессе резонанса. Оказывается, что для ускорения переворота спина, что весьма желательно в электронике и спинтронике, не нужны очень сильные электрические поля, поскольку в них электрон туннелирует в континуум слишком быстро, и проекция его спина начинает «затухать» со временем, унося ценную информацию» — рассказал руководитель темы со стороны ННГУ Денис Хомицкий.

✅Отсюда следует практически важный вывод: в подобных структурах следует подбирать оптимальный интервал управляющих полей, то есть можно перевернуть спин электрона быстро, но не слишком быстро, а достаточно «осторожно», чтобы не потерять ценную информацию.

📔Работа опубликована в ведущем международном журнале Physical Review Applied, входящем в первый квартиль Web of Science, и выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках Государственного задания, а также при поддержке гранта Президента РФ для молодых учёных. Результаты проекта будут способствовать созданию новых устройств спинтроники и наноэлектроники, важных для создания конкурентного преимущества России в ключевых технологиях, к которым относятся технологии наноструктур и обработки информации на их базе.