Objev ve výzkumu spinových tranzistorů

Mezinárodní tým vědců, který tvoří fyzici z Akademie věd České republiky a Univerzity Karlovy, Hitachi Cambridge Laboratory a University of Cambridge a University of Nottingham ve Velké Británii, a Texas A&M University ve Spojených státech, představil experimentální realizaci tranzistoru, jehož funkce je založena na spinu elektronu. Práce byla publikována 24. prosince 2010 v časopise Science.

60 let po objevu tranzistoru je fungování této součástky stále založeno na stejném fyzikálním principu elektrického ovládání a detekce náboje elektronu v polovodiči. Vzhledem k tomu, že se rychle blížíme k samotné hranici možného zmenšování polovodičových součástek je potřeba vynalézt nové fyzikální principy jejich fungování. Jednou z intenzivně zkoumaných možností je využití druhé základní vlastnosti elektronu a to, že kromě náboje nese i elementární magnetický moment, tzv. spin.

Teoretické předpovědi týkající se elektrické manipulace a detekce spinu v polovodiči jsou dnes již vice než dvacet let staré. Jejich experimentální realizace se ovšem ukázala jako překvapivě složitý problém. Mezinárodní tým za účasti českých vědců využil nedávno objevené kvantově-relativistické efekty jak pro manipulaci tak i detekci spinu elektronu, sestrojil prototyp spinového tranzistoru a demonstroval na něm jednu z logických operací, na kterých je založena funkce počítače.    K realizaci spinového tranzistoru využil tým i speciální fotodiodu umístěnou vedle tranzistorového kanálu.  Tato nová součástka najde široké uplatnění ve výzkumu spinové elektroniky, protože nabízí přímý elektrický způsob manipulace a detekce spinů v polovodiči bez použití složitých magnetických detektorů. Takovéto elektronické zařízení by mohlo nahradit mechanické polarimetry používané pro detekci molekul v roztocích, například při určování hladiny cukru v krvi nebo ve víně.

Jestli se spinové transistory stanou vhodnou alternativou nebo doplňkem dnešních tranzistorů i v oblasti počítačových procesorů je zatím otázka dalšího výzkumu v této oblasti. Nicméně díky výše zmíněné práci se tento výzkum může přesunout z čistě teoretické roviny do oblasti funkčních prototypů mikroelektronických součástek.

Kontakt: Tomáš Jungwirth, Fyzikální ústav AVČR, v.v.i., Cukrovarnická 10, 162 53 Praha 6, e-mail: jungw@fzu.cz

Převzato z