Сотрудники физического факультета МГУ и ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН предложили оригинальный дизайн полупроводниковой наноструктуры, который позволяет ориентировать одиночный спин электрическим током. Это поможет разработать компоненты квантовых устройств. Работа опубликована в престижном международном журнале Nanoscale Horizons.
Локализованные спины в полупроводниках являются перспективной платформой для масштабируемых квантовых вычислений, которые обещают произвести революцию в мире информатики. Скорейшая их реализация является стратегически важной задачей, и на ее решение нацелены усилия множества научных групп по всему миру. Экспериментальные успехи полупроводниковой спиновой физики привлекают внимание и ставят важные вопросы для фундаментальных исследований. Один из них был недавно решен в совместной работе теоретиков из Москвы и Санкт-Петербурга.
История сделанного открытия восходит к 70-ым годам прошлого века, когда пионерами полупроводниковой спинтроники был теоретически предсказан и экспериментально обнаружен удивительный эффект: пропускание электрического тока через некоторые «гиротропные» полупроводники приводит к ориентации спинов носителей заряда. Сперва этот эффект не привлек к себе широкого внимания, но со временем оказалось, что именно он дает ключ к управлению спинами электронов, которые теоретически могут иметь огромное практическое значение.
Вместе с тем, исследования эффекта ориентации током спинов электронов, а также создание новых низкоразмерных полупроводниковых систем показали, что во всех случаях спиновая поляризация не превышает всего лишь нескольких процентов. Это связано со слабостью спин-орбитального взаимодействия для электронов, так называемых членов Рашбы и Дрессельхауза, которые ответственны за конверсию тока в спин.
Сотрудникам физического факультета МГУ и ФТИ им. А. Ф. Иоффе в данной работе удалось совершить фундаментальный прорыв и предложить способ полностью поляризовать локализованные спины в полупроводниках.
«Для этого необходимо создать структуру на основе двумерного дырочного газа, состоящую из квантового провода с тяжелыми дырками и квантовой точки с легкими дырками», — рассказал Владимир Манцевич, профессор кафедры физики полупроводников и криоэлектроники физического факультета МГУ.
Ученые отмечают, что предложенный ими оригинальный дизайн наноструктур может реализовываться на основе разных полупроводников, например кремния, германия или арсенида галлия.