Новые наноструктуры, сочетающие в себе память и логические элементы

Группа физиков из Германии предложила метод создания единой структуры, сочетающей в себе программируемые цепи, состоящие из логических элементов и элементов памяти. Предложенная ими технология может привести к более быстрым, энерго-эффективным и одновременно миниатюрным электронным устройствам, где память и логические элементы не являются более пространственно-разделенными.

Спинтроника – сравнительно новая отрасль, занимающаяся созданием устройств, принцип действия которых основан не на транспорте электрического заряда, а на передаче электронного спина. Исследователи верят, что такой подход потенциально ведет к созданию принципиально новых логических цепей и структур.

Спинтроника эксплуатирует тот факт, что электронный спин может принимать всего два значения (условно говоря, может быть направлен «вверх» или «вниз»), что позволяет хранить и обрабатывать двоичную информацию. Структуры, позволяющие манипулировать с информацией, представленной таким образом, очевидно, могут быть значительно меньше и эффективнее обычных электронных компонент из кремния, принцип действия которых основан на заряде электрона. Следует также отметить, что переключение спина из одного состояния в другое может производиться с помощью достаточно малых энергий, т.е. здесь мы можем говорить также о повышении энергетической эффективности устройств.

Как было опубликовано в журнале Physics Review Letters, группа исследователей из University of Würzburg (Германия) внесла свой существенный вклад в дальнейшее развитие этой концепции. Они предложили принципиально новую наноструктуру, созданную из ферромагнитного полупроводника, включающего в определенной пропорции галлий, марганец и мышьяк ((Ga,Mn)As). Особенность устройства заключается в том, что оно комбинирует в себе логический процесс и механизм чтения / записи информации.

В рамках своих исследований ученые обнаружили, что двумерный слой (Ga,Mn)As может легко намагничиваться вдоль одной или двух осей (перпендикулярных друг другу). При этом если такую двумерную плоскость разделить на отдельные «провода», у каждого из них останется только одна ось намагничивания (вдоль провода). Далее, если два провода соединены некой более широкой областью (Ga,Mn)As (контактом), то при прохождении тока по одному из проводов, ось намагничивания области контакта будет совпадать с осью намагничивания провода. Таким образом, простое пространственное расположение нескольких проводов может превратить эту систему в логический элемент.

В предложенной учеными структуре поляризованный поток спина (поток электронов с различным числом частиц со спином направленным «вверх» и «вниз») по радиальным проводам с севера на юг и запада на восток позволяет «записывать» в центральную область одно из значений: 0 или 1. Чтение сохраненной таким образом информации можно произвести при помощи измерения туннельного сопротивления между неким внешним проводом и центральной областью: для одной из ориентаций оси намагничивания оно окажется большим. К слову, объединение двух таких логических элементов позволяет построить знакомое XOR.

Уже сейчас предложенную технологию можно считать крупным прорывом, т.к. ранее были предложены только отдельные простейшие спинтронные устройства. Теперь же впервые была реализована более или менее сложная логическая схема. Однако ученые утверждают, что добились гораздо большего. Логика работы их устройства может быть запрограммирована извне, в зависимости от того, какие провода используются для чтения-записи и как они откалиброваны.

Предложенной схеме можно было бы прогнозировать большое будущее, но ферромагнитный материал, использованный учеными в качестве основы, проявляет подобные магнитные свойства лишь в районе 150 градусов по шкале Кельвина. Таким образом, для внедрения технологии в жизнь потребуется еще долгая работа.

Источник(и):

1. nanotechweb.org

2. sci-lib.com