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結合光學極化和矽晶特性 自旋電子學獲突破進展

上網時間: 2007年08月07日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:自旋電子  電子檢測  矽傳輸層 

透過電子自旋來進行半導體編碼的技術,亦稱為自旋電子學(spintronics),有可能透過結合光學極化和矽晶材料的基礎特性,而得到突破性的進展。要達到這個目標的首要任務─自旋極化電子的電子入射和檢測─日前已經成功由美國德拉瓦大學(University of Delaware)的Ian Appelbaum研究團隊開發出來。

“我們已經成功通過完全電子檢測,並展示全球首次的自旋極化電子向矽晶片的入射,”該校電子電腦工程系助理教授Appelbaum表示。Appelbaum的原型晶片在由鈷鐵鐵磁薄膜組成的自旋極化濾波器頂上塗有鋁層,通過該濾波器電子被射入矽傳輸層。在這個鈷鐵鐵磁薄膜下面,第二層鎳鐵鐵磁薄膜執行自旋極化電子的電子檢測。

“我們使用通過鐵磁薄膜的熱電子傳輸來進行自旋濾波,”Appelbaum表示,“當未極化的電子通過鈷鐵薄膜時,自旋方向被分散,以便引起更多的正交極化,因而產生矽傳輸層導電狀態。”

在矽晶下面,第二個鎳鐵鐵磁層具有由外部磁場控制的可變自旋方向,因而通過磁場調變自旋極化電子來實現自旋極化電子的檢測。“我們通過外部磁場來調變射入的電子,與通過旋轉兩個偏振片濾波器來調變通過它們的光的方法相同,”Appelbaum解釋道。

為了提供射入電子被極化的最終證據,Appelbaum的團隊還透過改變磁場強度,使被檢測的所有電子發生振動來進行自旋運動測量。

“到現在為止,我們最好的原型晶片已經在接近40%的矽中展示了自旋極化,這個百分比比任何其他研究組織的百分比都高,”Appelbaum表示。

後來的展示版晶片已經通過從入射器端的通道交叉點底部移走鐵磁物質並將其放入發射器中,因而提高了注入電流的總量,因此自旋極化來自鐵磁均衡自旋平衡的內在極化,而不是來自以前通過熱電子傳輸產生的非均衡自旋平衡。

Appelbaum的團隊現在計劃透過首先提高被射入電子的極化百分比,然後定義摻雜等普通半導體實踐效果的特性,來朝真實自旋電子學電路的方向發展。

“入射、傳輸和檢測是所有半導體自旋電子學元件最基本的要素,”Appelbaum表示,“在成功完成這項技術的展示後,我們將著手開發一些有益於真實自旋電子學電路的工作。”

(參考原文:U. of Delaware researchers edge closer to spintronics)

(R. Colin Johnson)




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