Учёные из университета Юта (США) впервые сконструировали спиновый
вентиль на основе органического полупроводника.
В обычных электрических токах спины носителей заряда (электронов или дырок) разупорядочены и
не играют никакой роли в электросопротивлении. Когда же ток проходит через ферромагнетик, его
намагниченность ориентирует спины носителей в одном направлении вследствие обменного
взаимодействия и в результате проходящий ток оказывается спин-поляризованным. На этом эффекте
построены спиновые вентили (клапаны, затворы) (spin-valves), в которых слой немагнитного металла или
изолятора заключен между ферромагнитными металлическими слоями, причем взаимные ориентации
намагниченности слоев можно менять то в одном, то в противоположном направлении. Размеры
элементов здесь должны быть много меньше длины свободного пробега электронов. Если
намагниченность слоев направлена одинаково, то через проводник легко протекают только электроны
проводимости с благоприятной ориентацией спинов. Наоборот, если намагниченности слоев
антипараллельны, то все электроны задержаны и сопротивление двух ферромагнитных слоев оказывается
большим. Этот эффект, известный как магнитосопротивление, уже используется в высокочувствительной
магнитной записи и ячейках памяти персональных компьютеров. В настоящее время ученые пытаются
изготовить спиновый вентиль с неметаллической прослойкой и изучать его магнитосопротивление.
Конечно, интерес представляют спиновые вентили на основе традиционных полупроводниковых
материалов, таких как кремний. Однако можно использовать и органические полупроводники. Они
функциональны, стехиометричны по химическому составу и их сопротивление можно контролируемо
менять путем легирования. Авторы работы [1] расположили органический полупроводник из алюминия и
гидроксинолина (8-hydroxyquinoline aluminum, или Alq3) толщиной 100 нм между ферромагнитными
слоями из кобальта и сплава лантан-стронций-магний (La-Sr-Mg) и таким образом получили спиновый
вентиль. Примененный в таком спиновом вентиле органический материал технологичен, так как
используется в некоторых светодиодах и экранах телевизоров. Электрический ток увеличивался на 40 %
при изменении ориентации намагниченностей электродов с антипараллельной на параллельную, что,
собственно, и дает эффект гигантского магнитосопротивления. Сконструированный органический
спиновый вентиль работает пока при температурах от -262o C до -40oC и
помещается в интегральной схеме площадью 1/3 квадратных дюйма.
1. Z. H. Xiong, Di Wu, Z. Valy Vardeny, and J. Shi, Nature 427 (2004) 821.