美自旋电子学获新进展,将融合光学极化和硅的普遍结构优势

有关电子自旋的未来半导体编码位(被称为“自旋电子学”)承诺将融合光学极化和硅的普遍结构的优势。朝电子注射和自旋极化电子检测这个目标的第一步已经首次由美国德拉维尔大学(University of Delaware) Ian Appelbaum的研究团队演示。

“我们已经在全球首次通过完全电子检测演示自旋极化电子向硅片的注射,”电子计算机工程部助理教授Appelbaum表示。Appelbaum的原型芯片在由钴铁铁磁薄膜组成的自旋极化滤波器顶上涂有铝层,通过该滤波器电子被射入硅传输层。在这个钴铁铁磁薄膜下面,第二层镍铁铁磁薄膜执行自旋极化电子的电子检测。

“我们使用通过铁磁薄膜的热电子传输来进行自旋滤波,”Appelbaum表示,“当未极化的电子通过钴铁薄膜时,自旋方向被分散,以便引起更多的正交极化,从而产生硅传输层导电状态。”

在硅下面,第二个镍铁铁磁层具有由外部磁场控制的可变自旋方向,从而通过磁场调制自旋极化电子来实现自旋极化电子的检测。“我们通过外部磁场来调制射入的电子,与通过旋转两个偏振片滤波器来调制通过它们的光的方法相同,”Appelbaum解释道。

为了提供射入电子被极化的最终证据,Appelbaum的团队还通过改变磁场强度,使被检测的所有电子发生振动来进行自旋运动测量。

“到现在为止,我们最好的原型芯片已经在接近40%的硅中演示了自旋极化,这个百分比比任何其他研究组织的百分比都高,”Appelbaum表示。

后来的演示版芯片已经通过从注射器端的通道交叉点底部移走铁磁物质并将其放入发射器中,从而提高了注入电流的总量,因此自旋极化来自铁磁均衡自旋平衡的内在极化,而不是来自以前通过热电子传输产生的非均衡自旋平衡。

Appelbaum的团队现在计划通过首先提高被射入电子的极化百分比,然后定义掺杂等普通半导体实践效果的特性,来朝真实自旋电子学电路的方向发展。

“注射、传输和检测是所有半导体自旋电子学器件最基本的要素,”Appelbaum表示,“现在我们希望建立我们的演示,从而可以做一些有益于真实自旋电子学电路的工作。”