Elettronica basata sullo spin prodotta dalla chimica
Nei dispositivi di elaborazione convenzionali, carica e spin sono utilizzate separatamente. Da un lato, la carica viene utilizzata per il calcolo. Grazie al campo elettrico, i transistor operano controllando il flusso dei portatori di carica, attraverso un materiale semiconduttore. D’altra parte, lo spin viene utilizzato per l’archiviazione dei dati magnetici. La codifica delle informazioni tramite l’utilizzo dello stato di spin degli elettroni, oltre alla carica, potrebbe migliorare notevolmente la velocità di calcolo e ridurre il consumo energetico. I semiconduttori ferromagnetici diluiti (diluted ferromagnetic semiconductors, DMS) rappresentano i materiali maggiormente compresi e promettenti per tali dispositivi spintronici. Il progetto IFMGEDMS (Investigation of ferromagnetism in Ge-based diluted magnetic semiconductors), finanziato dall’UE, si è concentrato sui DMS a base di germanio. Gli scienziati sono riusciti a sintetizzare pellicole sottili di germanio drogato con manganese, le quali hanno presentato proprietà ferromagnetiche, permettendo l’iniezione di spin. La crescita di tali DMS ha avuto luogo su adatti substrati di silicio attraverso epitassia da fascio molecolare, con precisione su scala atomica. La spettroscopia fotoelettronica a raggi X ha permesso una dettagliata caratterizzazione strutturale e magnetica delle pellicole di germanio drogato con manganese, sintetizzate in varie condizioni. Gli scienziati hanno così potuto identificare le condizioni di crescita ottimali per incorporare la più elevata concentrazione di manganese diluito. Inoltre, è stato scoperto che l’ordinamento magnetico e la temperatura di Curie potrebbero essere controllati regolando accuratamente la distanza tra gli atomi di manganese nello strato distanziatore in germanio. La ricerca effettuata nel progetto IFMGEDMS ha prodotto pellicole in germanio di alta qualità, drogato con manganese. In questo nuovo tipo di materiale semiconduttore, lo spin diventa un altro vettore di informazioni insieme alla carica, offrendo numerosi vantaggi quando viene incorporato all’interno di dispositivi spintronici a base di silicio.
Parole chiave
Semiconduttori, semiconduttori ferromagnetici diluiti, spintronica, IFMGEDMS, epitassia da fascio molecolare
