Ученые из Института физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) А.В. Ржанова разработали новый источник стабилизации для спин-поляризованных электронов. Ожидается, что эта спин-управляемая технология позволит создать в будущем спинтронные устройства, которые будут быстрее и энергоэффективнее, чем современные компьютеры и телефоны.
Надежные источники (и детекторы) спин-поляризованных электронов необходимы как для прикладных, так и для фундаментальных исследований (эксперименты с газовыми педальными коллайдерами заряженных частиц). Новый источник электронов, разработанный в России, превосходит аналогичные продукты, используемые в прошлом, по сочетанию таких параметров, как срок службы, квантовая эффективность и скорость спиновой поляризации электронов. Это многощелочной фотокатод, тонкий полупроводниковый слой, который «производит» электроны с одинаковым спином (поляризацией) в ответ на лазерное облучение.»Наш вывод заключается в том, что мы установили, что Мультищелочные фотокатоды, которые представляют собой полупроводниковые соединения щелочных металлов и сурьмы, являются хорошим источником спин-поляризованных электронов. Степень поляризации электронов в них может быть выше, чем в сложных гетероструктурах на основе арсенида галлия (GaAs), обычно используемых для таких целей.
Кроме того, они имеют длительный срок службы и высокий квантовый выход (отношение испускаемых электронов к фотонам, генерирующим фототок). Многощелочные фотокатоды изучаются с 1930-х годов и используются в качестве источников электронов в фотоумножителях, приборах ночного видения и педалях ускорителей. Исследования еще продолжаются», — говорит Олег Терещенко, руководитель Института физики и технологии гетероструктур ИФП СО РАН, профессор НГУ, профессор РАН, доктор физико-математических наук, возглавлявший исследования по созданию нового источника спин-поляризованных электронов.
До сих пор в периодических и линейных экспериментах с газовыми педалями использовались только мышьяково-галлиевые источники. Ожидается, что многощелочные катоды будут иметь более низкие требования к условиям вакуума и наличию нежелательных примесей в остаточном газе. Возможность использования этого нового источника в коллайдере, строящемся в Сарове, будет вдохновлена высоким квантовым выходом (до 15%) многощелочного фотокатода. Это примерно на порядок выше, чем в гетероструктуре арсенида галлия. Однако степень поляризации должна составлять не менее 60%. Этот параметр более важен, чем квантовый выход. Последнее можно увеличить, повысив мощность лазера или увеличив площадь фотокатода, но низкая степень поляризации не может быть компенсирована ничем», — отметил старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Иван Коуп, старший научный сотрудник Института ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН, кандидат физико-математических наук.
В рамках этого научного проекта также сообщается о производстве вакуумных фотодиодов с многощелочным полупроводниковым фотокатодом из KNa2Sb с одной стороны и полупроводниковым детектором спин-поляризованных электронов на основе арсенида галлия с другой стороны. При воздействии на фотокатод поляризованного света электроны с одинаковым спином могут быть «извлечены» из фотокатода и зарегистрированы детектором.
