Polovodičové tranzistory, které tvoří základ moderních technologií na zpracování informace, umožňují kontrolu elektrického proudu protékajícího součástkou pomocí elektrického hradla, světla nebo pomocí změny teploty. Kovové feromagnety jako železo, používané v součástkách na ukládání informace, umožňují měnit elektrický proud přeorientováním mikroskopických magnetů nesených elektrony, tzv. spinů. Více než 10 let se výzkum zaměřený na propojení polovodičových a magnetických přístupů v mikroelektronice v jednom materiálu zaměřil na uměle vytvořené feromagnetické polovodiče, např. GaMnAs.
Vědci z Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky spolu s kolegy z Bercelony, Berkeley a Halle představili experimentální součástku, jejíž funkce je založena na spinu elektronu a která využívá antiferomagnetický polovodič Sr2IrO4. Práce nazvaná “Anisotropic magnetoresistance in an antiferromagnetic semiconductor” byla publikovaná v Nature Communications (DOI: 10.1038/ncomms5671; 10th September 2014).
Ve srovnání s feromagnety jsou antiferomagnety do značné míry přehlížené materiály v mikroelektronickém výzkumu a aplikacích. Antiferomagnety jsou magnetické uvnitř, ovšem jejich mikroskopické magnetické momenty sídlící na jednotlivých atomech se střídají s opačnou orientací. Antiparalelní konfigurace momentů v antiferomagnetech, na rozdíl od paralelní ve feromagnetech, způsobuje, že magnetizmus v antiferomagnetech není viditelný zvenčí. Toto „skryté“ magnetické uspořádání může mít ovšem řadu výhod oproti feromagnetům. Vyplývá z něj, že pokud by byla informace uložená v antiferomagnetické paměti, byla by necitlivá na rušivá vnější magnetická pole a zároveň antiferomagnetický bit by neovlivňoval sousední antiferomagnetické bity bez ohledu na hustotu jejich uspořádání v paměti. Navíc spiny v antiferomagnetech mohou být přeorientovány, a tímto může být informace zapsána stonásobně až tisícinásobně rychleji než u feromagnetů. A v neposlední řadě antiferomagnetické polovodiče se vyskytují mnohem častěji než feromagnetické polovodiče, a mnohé antiferomagnetické polovodiče mají přirozené vlastnosti, které jsou vhodné pro mikroelektroniku.
Experimenty v součástce na bázi Sr2IrO4 ukázaly, že elektrický proud je možné ovládat způsoby, jaké jsou běžné v polovodičích, ale zároveň i pomocí přeorientování spinů v tomto antiferomagnetu. „Naše pozorování otevírají novou cestu k integraci polovodičových a spinových funkcí pomocí antiferomagnetů”, říká Xavi Marti z Fyzikálního ústavu AV ČR.
Podrobnější informace podá Xavi Marti nebo Tomáš Jungwirth z Fyzikálního ústave AV ČR, v. v. i., Cukrovarnická 10, 162 53 Praha 6, e-mail: xmarti@fzu.cz nebo jungw@fzu.cz.