Компьютерра, 2006 № 05 (625) - [37]

Спиновый полевой транзистор SFET (spin field-effect transistor) как готовое устройство пока не создан, хотя схему и принцип его действия еще в 1990 году предложили Суприйо Датта (Supriyo Datta) и Бисуоджит Дас (Biswajit Das). Работа транзистора SFET основывается на эффекте магниторезистивного туннелирования спинов через прослойку изолятора, помещенную между слоями ферромагнитного металла. В таком устройстве носители (электроны с разными спинами) инжектируются («впрыскиваются») из магнитного истока (это может быть ферромагнитный металл либо магнитный полупроводник) к стоку, намагниченному в том же направлении, что и исток, через полупроводниковый канал. Если к затвору не приложено электрическое напряжение, то поляризованные носители доходят до стока и тем самым замыкают электрическую цепь, а такое состояние транзистора называют «открытым ключом». Если на затвор подать малое напряжение, то носители начнут взаимодействовать с электрическим полем, что приведет к прецессии спинов. При определенном напряжении спины развернутся в сторону, противоположную намагниченности стока. Такое состояние соответствует «закрытому ключу», так как спины не проходят через сток. Два состояния спинового транзистора — открытый и закрытый — можно сопоставить с логическим "0" и "1" бита информации.

Первые попытки создания спинового транзистора, в котором в качестве инжектора спинов использовались ферромагнитные контакты из железа, никеля и кобальта, потерпели крах. Все дело в том, что такой способ «впрыска» спинов через границу ферромагнитный металл/полупроводник малоэффективен (число поляризованных спинов всего около 1%) из-за большого различия в их проводимостях. Как же доставить в полупроводник возможно большее число поляризованных спинов? Ученые быстро нашли ответ: нужно создавать новый класс материалов — магнитные полупроводники, которые, с одной стороны, были бы источниками спин-поляризованных электронов (спины выстроены в выбранном направлении), а с другой — легко интегрировались с традиционными полупроводниковыми устройствами. На текущий момент такие магнитные полупроводники уже существуют, например GaMnAs и Cd1—xMnxGeP2, и на их основе осуществляются попытки создания спиновых устройств. Как только будет налажено промышленное производство спиновых транзисторов, сразу же возрастет быстродействие, уменьшится энергопотребление и тепловыделение построенных на их основе микропроцессоров (которые, возможно, к тому времени назовут нанопроцессорами).

Однако самое перспективное и самое близкое сегодня к техническому воплощению спиновое устройство — спиновая память. Как вы уже поняли, для управления спином используется магнитное поле. А если спинов миллионы и каждому нужен «индивидуальный подход»? Очень трудно представить модуль памяти, содержащий миллионы наномагнитов, которые к тому же еще и не взаимодействуют друг с другом. Есть ли альтернативное решение проблемы? Да есть, и решение это подсказано более полувека назад самим Эйнштейном. Великий ученый предположил, что для быстро движущегося электрона электрическое поле будет выглядеть как магнитное. Буквально полтора года назад физики подтвердили эту гипотезу, взяв два различных по составу полупроводника и образовав из них единую структуру путем напыления в вакууме. В результате в структуре возникают внутренние механические напряжения, приводящие к появлению электрического поля, которое и становится движущей силой для электронов. Чем сильнее электрическое поле, тем больше эффективное магнитное поле, заставляющее быстрее прецессировать спины электронов. Это говорит о том, что у нас появляется возможность управлять углом наклона спинов или, иначе говоря, их фазой (направлением спина). Другими словами, направление спина необязательно принимает два фиксированных положения, соответствующих логическим "0" и "1" в классических бинарных компьютерах, а может иметь и промежуточные фазы. То есть спинтроника позволяет перейти от битов к так называемым фитам, фазовым числам, способным принимать больше значений. Представим себе модуль памяти, в котором группы спинов направлены на север, юг, восток, запад, северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Всего восемь направлений, соответствующих восьми фитам: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7. Чем точнее мы определим фит, тем большей плотности записи информации сможем достигнуть. Уже существует ряд методов точного определения фазового угла спинов, и можно ожидать, что сверхплотная, энергонезависимая и сверхбыстродействующая память не за горами.

Вполне возможно, через десять-пятнадцать лет новая область науки — спинтроника — будет так же важна, как сегодня важна электроника. Итак, да здравствует Её Величество Спинтроника!

СОБЫТИЯ:"Спинометр" зашкаливает

Автор: Киви Берд

В политическом жаргоне США и других англоязычных стран давно закрепился занятный термин «spin doctor», смысл которого политкорректные словари переводят как «специалист, препарирующий информацию в выгодном для себя и своей партии духе и преподносящий ее СМИ под нужным углом зрения». Если же принимать в расчет контекст, в котором обычно используется этот термин, то перевод будет гораздо проще — «мастер вранья». Можно даже сказать, что грубый перевод более адекватен, поскольку сам термин произошел от выражения «spin yarn», в исходном смысле означающего «прясть пряжу», а в переносном «плести небылицы».