Электрическое поле переключает спиновые токи в графене — новая возможность для спинтроники

Спинтроника — раздел электроники, в котором информация кодируется не зарядом электрона, а его спином (внутренним угловым моментом). Теоретически такие устройства могут быть значительно быстрее и энергоэффективнее традиционных транзисторов. Главное практическое ограничение — управлять спиновым током в материале обычно требуется магнитное поле, что усложняет интеграцию в микросхемы. Новая работа, опубликованная в Materials Futures и описанная на Phys.org, предлагает способ обойти это ограничение. Подробнее о смежных научных разработках ранее писали «Пронедра» в материале о графеновых материалах для сенсоров термояда.

Исследователи создали гетероструктуру: слой графена в паре с тонкой плёнкой ферроэлектрика — оксида индия-селена (In₂Se₃). Ферроэлектрики — материалы, способные поляризоваться и удерживать поляризацию без постоянного приложения поля, — могут переключаться под действием электрического импульса. Исследователи показали, что когда поляризация ферроэлектрика переключается, это через квантово-механические эффекты изменяет спин-орбитальное взаимодействие в соседнем графеновом слое — и тем самым меняет направление и характер спинового тока.

В итоге спиновый ток переключался без магнитного поля — только с помощью электрического импульса на ферроэлектрик.

Почему это важно:

• управление спином через электрическое поле — значительно менее энергозатратно, чем через магнитное;
• графен обладает рекордно высокой подвижностью спинового тока, что делает его перспективной платформой для спинтронных компонентов;
• интегрировать ферроэлектрические переключатели в схемы проще, чем магнитные.

Это экспериментальная лабораторная демонстрация принципа. До практического применения — прежде всего в сверхбыстрой немагнитной памяти и логике — предстоит работа по масштабированию, улучшению стабильности и интеграции с существующими производственными процессами.