自旋電子器件—自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管-在線(xiàn)瀏覽
2025-08-09 19:07本頁(yè)面
【正文】 的零場(chǎng)自旋劈裂,可以估算出η大約為3010 12eV自旋軌道耦合常數(shù)η正比于異質(zhì)結(jié)界面處電場(chǎng)的期望值,原則上可通過(guò)門(mén)電壓加以控制. 使用鐵磁電極作為極化器與分析器、以及使用窄禁帶半導(dǎo)體在兩種自旋電子之間引入可由門(mén)電壓控制的相移差,從而實(shí)現(xiàn)與光調(diào)制器類(lèi)似的基于電子波的電流調(diào)制的器件。它是借助于自旋軌道相互作用的完全電學(xué)操控自旋動(dòng)力學(xué)的方案,而傳統(tǒng)方案是通過(guò)外加磁場(chǎng)來(lái)控制自旋。 在設(shè)想的自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件中,當(dāng)自旋(方向指向輸運(yùn)方向)從源極注入半導(dǎo)體量子線(xiàn)時(shí),由于受到門(mén)電壓調(diào)節(jié)的Rashba自旋軌道互作用(起源于異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)反演不對(duì)稱(chēng)性) ,它就在這非磁區(qū)域中以一種被控制的方式進(jìn)動(dòng),最后以一定的概率(依賴(lài)于進(jìn)動(dòng)的角度)進(jìn)入漏極，于是這種含極化器和分析器的電學(xué)方案將能調(diào)節(jié)自旋極化的源漏極電流。盡管自旋電子學(xué)的前景誘人,但是基于自旋的電子器件真正走向?qū)嵱眠€面臨一些困難:(1) 要有足夠的自旋注入效率. 因?yàn)楦咦孕⑷胄什攀腔谧孕陌雽?dǎo)體電子器件走向應(yīng)用的前提. 實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)鐵磁金屬通過(guò)歐姆接觸注入到半導(dǎo)體后其自旋極化率一般只有0. 1%～1%. G. Schmidt 等人指出從鐵磁金屬到半導(dǎo)體之所以得不到高的自旋注入效率,根本原因在于金屬和半導(dǎo)體的電導(dǎo)不匹配,E. Rashba和A. Fert 等人提出在鐵磁金屬和半導(dǎo)體之間加一勢(shì)壘,利用自旋相關(guān)隧穿電阻克服這一缺陷,可大大提高自旋電子的注入效率,最近有報(bào)道稱(chēng)在GaAs表面外延長(zhǎng)一層鐵形成肖特基勢(shì)壘,利用光學(xué)的測(cè)量方法,在室溫下得到了2%的自旋注入效率,但與走向應(yīng)用的期望值仍有較大距離,且付出了減小電流的代價(jià). 2002年7月的Appl. Phys. Lett 報(bào)道了V. Motsnyi 等人利用1. 4nm厚的氧化鋁薄膜AlOx 作為絕緣層,以CoFe為鐵磁金屬,在80K溫度和3V電壓下在半導(dǎo)體中得到了自旋極化為9. 2%的電流. 這種加偏壓的方法雖然對(duì)自旋注入效率有所提高,但也很有限. 后來(lái)有研究小組發(fā)現(xiàn)鐵磁半導(dǎo)體注入到普通半導(dǎo)體的效率較高,但是由于目前鐵磁半導(dǎo)體的居里溫度太低(一般小于20K) ,無(wú)法實(shí)現(xiàn)在室溫下應(yīng)用. (2) 應(yīng)該實(shí)現(xiàn)通過(guò)具有均勻Rashba參數(shù)η(通過(guò)消除界面不均勻性所產(chǎn)生的不需要的電場(chǎng))的通道的彈道型自旋極化輸運(yùn)而且Rashba參數(shù)η應(yīng)該是可由門(mén)電壓有效控制的. (3) 結(jié)構(gòu)反演不對(duì)稱(chēng)應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)體反演不對(duì)稱(chēng),并且自旋進(jìn)動(dòng)率必須足夠大以便在彈道輸運(yùn)中達(dá)到至少半個(gè)周期的進(jìn)動(dòng). 這3個(gè)因素給在室溫下制造Datta2Das
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