СПИНОВЫЙ ТРАНЗИСТОР С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ КАНАЛОМ СТАБИЛИЗАЦИИ ФАЗОВОГО СДВИГА

Полезная модель относится к электронной технике, в частности, к транзисторам.
Известны спиновые транзисторы, описанные в работах:
Timp G., Baranger H.U., de Vegvar P., Cunningham J.E., Howard R.E., Behringer R., and Mankiewich P.M., Propagation around a Bend in a Multichannel Electron Waveguide, Phys. Rev. Lett. v.60, p.2081 (1988); Johnson M. and Silsbee R.H., Coupling of electronic charge and spin at a ferromagnetic-paramagnetic metal interface, Phys. Rev. В v.37, p.5312 (1988);
Meservey R., Paraskevopoulos D., and Tedrow P.M., Correlation between Spin Polarization of Tunnel Currents from 3d Ferromagnets and Their Magnetic Moments, Phys. Rev. Lett. v.37, p.858 (1976).
По наибольшему числу признаков за ближайший аналог (прототип) предлагаемого устройства выбран спиновый транзистор, описанный в работе
Datta S. and Das В., Electronic analog of the electro-optic modulator, Appl. Phys. Lett, v.56, p.665 (1990).
Устройство-прототип содержит поляризатор и анализатор, реализованные с использованием контактов, выполненных из пермаллоя, а также электрооптический материал, создающий фазовый сдвиг между +z и -z - поляризованными электронами, который может быть конролируем путем варьирования величиной напряжения на вертикальном затворе.
2
К недостаткам прототипа можно отнести необходимость внешней инжекции поляризованных по спину носителей тока из ферро-контактов, которые предварительно намагничиваются. В этом случае граница раздела металл-полупроводник должна быть практически идеальной для того, чтобы при ее прохождении не происходило бы спиновой релаксации носителей тока. Кроме того, регистрируемое изменение дифференциального фазового сдвига Δθ=2m*ηL/h вследствие варьирования величиной спин-орбитального взаимодействия с помощью напряжения вертикального затвора может быть подавлено в силу целого ряда эффектов. К их числу прежде всего можно отнести изменение плотности двумерных носителей тока при варьировании напряжением вертикального затвора, которое лежит в основе принципа работы полевого транзистора. Как было показано выше, от величины плотности двумерных носителей тока зависит значение параметра Рашбы (η). Неоднородное распределение электрического поля в плоскости квантовой ямы, индуцированное напряжением вертикального затвора, также может приводить к флуктуациям в величине дифференциального фазового сдвига, которые особенно могут усиливаться при высоких температурах (от температуры жидкого азота до комнатной температуры).
Задачей предлагаемой полезной модели является стабилизация зависимости значения дифференциального фазового сдвига от величины напряжения вертикального затвора.
Предлагаемый спиновый транзистор представляет собой полевой транзистор, выполненный на основе сверхузкой квантовой ямы, ограниченной дельта-барьерами, которые вместе с контактами
исток-сток обеспечивают спиновую поляризацию носителей тока в квантовой яме (канале спинового транзистора). Прибор снабжен вертикальными затворами в рамках схемы полевого транзистора, с помощью которых можно управлять величиной спин-орбитального взаимодействия Рашбы. На фиг.1 показана схема спинового транзистора с параллельно присоединенным двумерным каналом большей ширины.
Варьирование напряжением вертикальных затворов приводит также к изменениям в плотности и подвижности двумерных носителей тока (график на фиг.2), что может отразиться в регистрации осцилляции продольной проводимости (фермиевских резонансов), маскирующих осцилляции вследствие изменения величины СОВ Рашбы, проявление которых представляет собой основную операцию спинового транзистора. Поэтому для нивелирования этого маскирующего эффекта к основной структуре спинового транзистора параллельно присоединяется двумерный канал (квантовая яма, выполненная в геометрии полевого транзистора) с шириной, превосходящей ширину канала спинового транзистора (фиг.1).
На фиг.1 приняты следующие обозначения:
1 - контакт исток в канале спинового транзистора
2 - контакт сток в канале спинового транзистора
3 - вертикальные затворы спинового транзистора и дополнительного двумерного канала
4 - выход, регистрация напряжения вследствие продольной проводимости в канале спинового транзистора
5 - вход, для приложения напряжения вертикального затвора
6 - общий контакт на обратной стороне пластины, на которой получены канал спинового транзистора и дополнительный двумерный канал.
В этом случае перекрестное соединение вертикальных затворов 3 спинового транзистора и дополнительного двумерного канала для измерения продольной проводимости приводит к компенсации изменений плотности и подвижности в канале спинового транзистора вследствие выравнивания значений энергии Ферми в основном и дополнительном каналах (фиг.2). Данная компенсация изменений в плотности и подвижности двумерных носителей тока отражается в стабилизации периода осцилляции продольной проводимости при изменении напряжения вертикальных затворов 3, что является основной операцией спинового транзистора (фиг.3).