Advanced

Spin-FET based on InGaAs/InP heterostructure

Andrade, Ricardo Moreira Salles De LU (2011) FYSM60 20092
Department of Physics
Solid State Physics
Abstract
A new design based on the spinFET proposed by Datta-Das was fabricated, using a channel defined by etching on a 2DEG material and nanomagnets as top-gates. The magnetotransports properties were measured at low temperatures. Magnetoresistance changes with different behaviors were measured in different configurations and the presence of hysteresis showed the action of the nanomagntes. But, due to the device instabilities, no conclusion could be drawn since more detailed measurements were not possible. Also, due to the same instabilities, no spin precession manipulation could be carried.
Abstract (Swedish)
Populärvetenskaplig sammanfattning
Genom nedskalning av mikroelektroniken, kan både prestanda, kostnad, och effektförbrukning förbättras och har därmed varit ett mål för elektronikindustrin. Dimensionerna är så låga i nuvarande teknik att parasitisk kapacitans och läckströmmar begränsar möjliga fördelar. Spintronik är en ny teknik under utveckling som skulle kunna erbjuda lösningar för dessa problem.
Spintronik är en gren av fysiken som använder elektronernas spin istället för deras laddning för att transportera, behandla och lagra information.
Elektronens spin, som är en kvantmekanisk magnetisk egenskap, har en klassisk motsvarighet i rörelsemängdsmomentet hos en roterande kropp. Om kroppen roterar i en riktning, kallas rörelsen för... (More)
Populärvetenskaplig sammanfattning
Genom nedskalning av mikroelektroniken, kan både prestanda, kostnad, och effektförbrukning förbättras och har därmed varit ett mål för elektronikindustrin. Dimensionerna är så låga i nuvarande teknik att parasitisk kapacitans och läckströmmar begränsar möjliga fördelar. Spintronik är en ny teknik under utveckling som skulle kunna erbjuda lösningar för dessa problem.
Spintronik är en gren av fysiken som använder elektronernas spin istället för deras laddning för att transportera, behandla och lagra information.
Elektronens spin, som är en kvantmekanisk magnetisk egenskap, har en klassisk motsvarighet i rörelsemängdsmomentet hos en roterande kropp. Om kroppen roterar i en riktning, kallas rörelsen för spin-upp, och om den roterar i motsatta riktningen kallas rörelsen för spin-ned. Genom att använda magnetfält går det att påverka elektronens spin eftersom elektronen beter sig olika under elektromagnetiska fält beroende på sin spin-riktning. Till exempel kan elektronens spin rotera och ändra sin riktning när elektronen rör sig genom ett elektriskt fält.
Känsligheten för en mätning av elektronens spin är mycket högre än för en mätning av dess laddning. Förutom detta, krävs det mindre energi och tid för att ändra elektronens spin än för att flytta på elektronen. Därmed borde det vara möjligt att tillverka en bättre ersättare till klassiska elektroniska komponenter. En sådan ersättare skulle kunna vara spin-fälteffekttransistorn (spin-FET).
En klassisk fälteffektransistor har en analogi i ventilen för en vattenledning. I vattenledningen finns det tryckskillnad mellan ledningens båda ändar (elektrisk spänningsskillnad mellan transistorns kontakter som kallas source och drain). Om ventilen är stängd (transistorn är strypt med en gate-spänningen i mitten på transistorkanalen), går inget vatten genom ledningen (ingen elektrisk ström genom transistorn). När ventilen öppnas aningen (gate-spänningen sänks aningen) börjar vatten flöda genom ledning (elektrisk ström börjar flöda genom transistorn). Om ventilen öppnas ytterligare (gate-spänningen sänks ytterligare) flödar ännu mer vatten genom ledningen (ännu högre elektrisk ström flödar genom transistorn).

I en spin-FET injiceras spin-upp elektroner in mot transistorn. På drain-sidan (ena kontakten) finns en barriär som släpper igenom endast spin-upp elektroner. Om ingen gate-spänning läggs på spin-FET-komponenten kommer elektronerna att hålla sin spin-upp-riktning och passera barriären. När en gate-spänning istället läggs på, kommer elektronens spin att rotera bort från spin-upp-riktningen och elektronen stoppas i barriären och ingen ström går igenom spin-FET-komponenten. I detta arbete tillverkades och karaktäriserades en sådan spin-FET-komponent med viss framgång. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Andrade, Ricardo Moreira Salles De LU
supervisor
organization
course
FYSM60 20092
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Spin, Spintronics, Field-effect transistor, Datta-Das transistor, Rashba effect, Low-temperature.
language
English
id
2366313
date added to LUP
2012-05-09 14:59:27
date last changed
2012-11-12 22:46:13
@misc{2366313,
  abstract     = {A new design based on the spinFET proposed by Datta-Das was fabricated, using a channel defined by etching on a 2DEG material and nanomagnets as top-gates. The magnetotransports properties were measured at low temperatures. Magnetoresistance changes with different behaviors were measured in different configurations and the presence of hysteresis showed the action of the nanomagntes. But, due to the device instabilities, no conclusion could be drawn since more detailed measurements were not possible. Also, due to the same instabilities, no spin precession manipulation could be carried.},
  author       = {Andrade, Ricardo Moreira Salles De},
  keyword      = {Spin,Spintronics,Field-effect transistor,Datta-Das transistor,Rashba effect,Low-temperature.},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Spin-FET based on InGaAs/InP heterostructure},
  year         = {2011},
}