Спиновый транзистор на основе кремния

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Спиновый транзистор на основе кремния[править]

Спин

Спиновый транзистор на основе кремния — (англ. Silicon on insulator, SOI) создан на базе применении технологии на использовании трёхслойной подложки со структурой кремний-диэлектрик-кремний вместо обычно применяемых монолитных кремниевых пластин и отличается тем, что в спиновом транзисторе состояния «включен» и «выключен» зависят от ориентации спинов — электронов, участвующих в токе.

Если традиционные электронные устройства созданы на базе применения электрических свойств вещества и управляются преимущественно приложенным напряжением (током электронов), то для управления спиновыми свойствами, характеризующимися ориетацией (направлением оси) спина и временем его жизни, необходимо использовать внешнее магнитное поле для управления током и ориентацией оси момента вращения электронов.

Сущность новой технологии — спинтроники[править]

Спинтроника — электроника нового поколения[править]

Спиновая электроника, или спинтроника основана на ином физическом принципе — в ней перемещаются спины электронов.

Спин электрона — собственный момент количества вращения — это внутренняя характеристика электрона, которая имеет квантовую природу и зависит от положения оси электрона а не от его движения . Спин электрона может находиться в одном из двух состояний — или «спин-вверх» (направление спина совпадает с направлением намагниченности магнитного материала), либо «спин-вниз» (спин и намагниченность разнонаправлены). Как правило электроны в веществе в среднем неполяризованы — электронов со спином вверх и со спином вниз примерно поровну. Основой спинтроники служит ток (спиновый ток), создаваемый электронами с однонаправленными спинами. Для получения относительно сильного тока необходимо поляризовать спины, упорядочив их (расположив их оси) в одном направлении. Важно, чтобы еще и время жизни спина (время, в течение которого направление спина не меняется) было достаточно большим для возможности транспортировки его на нужные расстояния.

Основные преимущества спинтроники[править]

Спиновые устройства позволят совмещать на одном чипе функции:

  • Накопителя для хранения информации;
  • Детектора для ее считывания;
  • Логического анализатора для ее обработки;
  • Коммутатора для последующей ее передачи к другим элементам чипа.

Такие устройства будут:

  • Обладать высокой скоростью реагирования на управляющий сигнал;
  • Потреблять значительно меньше энергии, чем устройства традиционной электроники.

Это объясняется тем, что переворот спина, в отличие от перемещения заряда электрона, практически не требует затрат энергии. В промежутках между операциями спинтронное устройство отключается от источника питания. При изменении направления спина кинетическая энергия электрона не меняется, и значит, тепла почти не выделяется. Скорость же изменения положения спина очень высока: эксперименты показали, что переворот спина осуществляется за несколько пикосекунд (триллионных долей секунды).

Эти преимущества позволят спинтронным устройствам стать основой для ЭВМ нового поколения — квантовых компьютеров. Для этого необходимо создать ключевые элементы «спиновых микросхем» — спиновые транзисторы, матрицы (фото) и т.д. — устройства, в которых можно усиливать, ослаблять или выключать спиновый ток. И на базе спинового транзистора будут создаваться новые компьютерные процессоры, сенсоры, перепрограммируемые логические устройства и энергонезависимая быстродействующая память высокой плотности.[1]

См. также[править]

Ссылки[править]