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
