«Самое сложное было поверить в то, что мы увидели»

Разработка сибирских физиков в сфере спинтроники может стать основой для создания электронных устройств нового поколения. 

Редакция научного журнала Physical Review Letters приняла к публикации статью о совместной работе сибирских ученых и промышленников над созданием нового стабильного источника спин-поляризованных электронов ( Phys. Rev. Lett. 129, 166802 — Published 14 October 2022 ). Он превосходит аналоги и может быть использован для улучшения работы коллайдеров и создания электронных устройств нового поколения.

Открытие, лежащее в основе, принадлежит ученым Института физики полупроводников им А. В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН), работавшим в коллаборации с ЗАО «Экран-ФЭП», центром коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов», Новосибирским государственным университетом, Томским государственным университетом, Институтом физики прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ СО РАН). Оно относится к спинтронике — сфере науки и техники, задающей главный тренд техники будущего.

У электрона есть определяющие его характеристики: масса, заряд и спин. Компьютеры, телефоны, прочие гаджеты работают благодаря тому, что люди научились управлять движением электрона. Предполагается, что управление спином позволит создать спинтронные устройства ― более быстрые и энергоэффективные.

Надежный источник и детектор этих частиц — очень востребованные штуки. Они нужны и создаваемому в российском городе Сарове электрон-позитронному коллайдеру «Супер чарм-тау фабрике», и в самых крупных международных проектах — линейном коллайдере в Японии ILC (International Linear Collider) и китайском двухкольцевом коллайдере CEPC (The Circular Electron Positron Collider).

«Наше открытие в том, что мы установили: полупроводниковое соединение щелочных металлов и сурьмы — хороший источник спин-поляризованных электронов. Такие мультищелочные фотокатоды изучались с 1930-х годов, используются в фотоэлектронных умножителях, приборах ночного видения, но никто не выяснял их потенциал как источника именно спин-поляризованных электронов. А оказалось, что у него по сравнению со сложными гетероструктурами выше степень поляризации электронов, дольше время жизни и больше квантовый выход», ― объясняет заведующий лабораторией физики и технологии гетероструктур ИФП СО РАН, профессор НГУ, профессор РАН, доктор физико-математических наук Олег Терещенко, руководивший работой по созданию источника.

Научная группа Олега Терещенко известна как разработчик первого в мире полупроводникового спин-детектора на основе арсенид-галлиевого вакуумного спинового фотодиода. В новом исследовании ученые использовали детектор, чтобы проверить работу источника спин-поляризованных электронов. Для мультищелочного фотокатода это было сделано впервые. Результаты удивили: поляризованная фотолюминесценция не просто обнаружилась, но еще и оказалась неожиданно высокой.

«Честно говоря, самое сложное было сначала поверить в то, что мы увидели, а потом тщательно перепроверить, убедиться, что нет ошибки в измерениях», ― рассказывает Вадим Русецкий, сотрудник лаборатории физики и технологии гетероструктур ИФП СО РАН, первый автор статьи в Physical Review Letters. Ее рецензенты, кстати, были удивлены не меньше самих исследователей. В итоге, отмечает Олег Терещенко, «их отзывы оказались положительными и даже поздравительными — такое бывает редко».

Однако конец истории еще не здесь: после теоретического предсказания и тестовых экспериментов в вакуумном фотодиоде начинается прикладной этап — создание источника спин-поляризованных электронов для коллайдерных фотопушек, электронных микроскопов и ряда других устройств на свободных электронах. Исследователи в коллаборации с ЗАО «Экран ФЭП» изготавливают специальную камеру для роста мультищелочных фотокатодов для тестирования в «боевых» условиях.

Дальнейшую работу ученые ИФП СО РАН продолжат, сотрудничая с коллегами из ЗАО «Экран ФЭП», ИЯФ СО РАН и специалистами других научных организаций.

Сергей ЗАХАРОВ, «Новая Сибирь»

Фото предоставлено ИФП СО РАН