Dosud se dařilo provádět operace se zachováním spinu jen za velmi nízkých teplot či při využití exotických materiálů. Práce týmu vědců vedených Sarojem Dashim z univerzity v nizozemském Enschede, publikovaná v dnešním vydání vědeckého časopisu Nature je převratná v tom, že prokázala možnost "ovládat" spin za pokojové tepoty. Základním materiálem byl přitom "obyčejný" křemík, materiál v elektronice běžně využívaný a snadno dostupný. Nástup spintroniky je tedy možná blíž, než se dosud soudilo.
Kvantová kouzla
Spintronika, obor využívající kvantové vlastnosti spinu elektronu, je dlouho považována za způsob, jak překonat meze dosavadního přístupu. Pokrok elektroniky dlouhodobě závisí na zmenšování logických prvků. Nejpokročilejší integrované obvody dnes obsahují struktury o velikosti několika desítek nanometrů. Blíží se doba, kdy tranzistor bude tvořen několika atomy a další zmenšování nebude možné.
Přestože jsou technologie stále úspornější, nahromadění více než miliardy aktivních prvků v jednom procesoru vede k jen obtížně zvladatelným problémům s teplem. Pokud by však logická nula či jednička nebyla reprezentována (ne)přítomností elektrického náboje, ale hodnotou spinu, mohly by být obvody rychlejší a úspornější.
Nepoddajné polovodiče
Encyklopedie definuje spin jako moment hybnosti elementární částice. Pro názornost bývá přirovnáván k rotaci. Spin elektronu nezávisí na tom, jak elektron "obíhá " kolem atomového jádra.
Co se tedy vědcům z Twentské univerzity povedlo? Zní to velmi prostě: nasměrovali elektrony do křemíku a docíli toho, že i v něm měla většina nosičů náboje totožný spin. Jak již bylo řečeno, efekt fungoval i za pokojové teploty.
Vědci si jako materiál pro elektrodu připojenou ke křemíkové destičce vybrali slitinu niklu a železa využívanou při výrobě magnetických hlaviček pevných disků (tento obor se bez využití spinu elektronů také neobejde). Mezi kov a křemík vložil Saroj Dashi spolu s kolegy tenounkou vrstvičku oxidu hlinitého. Její tloušťka nepřesáhla několik nanometrů.
Základní kámen máme
Oxid hlinitý je izolant, ovšem elektrické napětí způsobí, že některé elektrony přejdou z magnetického materiálu do polovodiče. Uplatní se totiž tzv. kvantové tunelování, díky němuž některé nosiče náboje projdou potenciálovou bariérou, která je vyšší než jejich energie.
Vrstva oxidu hlinitého dovolí projít elektronům s jednou hodnotou spinu snadněji, což zaručí, že většina elektronů za bariérou bude mít totožnou orientaci, uvádí Nature.
Jednoduchost tohoto postupu a jeho spolehlivost může dát vývoji spintroniky nový impuls. Nyní je potřeba vyvinout techniku umožňující změnit spin i uvnitř polovodiče. "Základní kameny máme," říká Ron Jansen, jeden z autorů studie. "Nyní jde o to něco z nich postavit."
