Udział Instytutu Fizyki PAN w 7. Targach Techniki Przemysłowej, Nauki i Innowacji "Technicon Innowacje". Do oficjalnego konkursu Instytut Fizyki PAN zgłosił dwa opracowania wykonane w ramach programu NanoBiom. Zaprezentowane prace zostały bardzo wysoko ocenione przez organizatorów i uczestników targów. Komisja Konkursowa wyróżniła oba te rozwiązania prestiżowymi nagrodami. Prace wykonawców z grup profesorów Danka Elbauma i Marka Godlewskiego z Instytutu Fizyki PAN zrealizowane w ramach Projektów POIG 1.1.2 nagrodzone zostały dwoma medalami Złotym i Srebrnym w konkursie INNOWACJE 2011. Źródło: IF PAN

Warszawa - 19 lipca 2012

Tranzystor spinowy działający według nowych zasad został skonstruowany przez zespół fizyków z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie i Uniwersytetu w Ratyzbonie (niem. Regensburg).

Doświadczalna demonstracja tranzystora jest kolejnym krokiem ku upowszechnieniu spintroniki, dziedziny nauki i techniki, która w przyszłości w istotnej części zastąpi elektronikę.

Polsko-niemiecki zespół fizyków zaprezentował nowy typ tranzystora spinowego.

Udział Instytutu Fizyki PAN w 7. Targach Techniki Przemysłowej, Nauki i Innowacji "Technicon Innowacje". Źródło: IF PAN

Eksperymentalna demonstracja, przeprowadzona na Uniwersytecie w Ratyzbonie, była możliwa dzięki unikatowym strukturom półprzewodnikowym, wykonanym w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk (IF PAN) w Warszawie w ramach projektu „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka.

Udział Instytutu Fizyki PAN w 7. Targach Techniki Przemysłowej, Nauki i Innowacji "Technicon Innowacje". Źródło: IF PAN

Grant „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie”, wartości ponad 73 mln złotych, jest finansowany w 85% z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013 (POIG.01.01.02-00-008/08).
Głównymi uczestnikami grantu są Instytut Fizyki PAN (koordynator), Instytut Chemii Fizycznej PAN i Instytut Wysokich Ciśnień PAN.

Konsorcjum Nanostruktury półprzewodnikowe w biologii i medycynie NANOBIOM powołane zostało do koordynacji i realizacji wspólnych programów badawczych, wdrożeniowych i rozwojowych w dziedzinie materiałów półprzewodnikowych oraz nanostruktur kwantowych nowej generacji w celu realizacji programu kluczowego "Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie - Rozwój i komercjalizacja nowej generacji urządzeń diagnostyki molekularnej opartych o nowe polskie przyrządy półprzewodnikowe".

Skan okładki „Science”, 20 July 2012.

Osiągnięcie przedstawiono w artykule w najnowszym wydaniu „Science”, jednego z najbardziej prestiżowych czasopism naukowych świata:
„Spin-Transistor Action via Tunable Landau-Zener Transitions”,
by C. Betthausen; D. Weiss; T. Dollinge; H. Saarikoski; K. Richter at Regensburg University in Regensburg, Germany; V. Kolkovsky; G. Karczewski; T. Wojtowicz at Polish Academy of Sciences in Warsaw, Poland;
Science, 20 July 2012: 324-327.

Udział Instytutu Fizyki PAN w konferencji "European Innovation Summit 2011". W dniach 10-13 października 2011 roku odbyły się w Brukseli oraz w Warszawie dwie sesje konferencji "European Innovation Summit 2011" zorganizowanej już po raz trzeci przez organizację europejską "Knowledge4Innovation". Sesja, która odbyła się w Warszawie, stanowiła jedno z czterech najważniejszych wydarzeń polskiej prezydencji w Unii Europejskiej. Źródło: IF PAN

Tranzystory powszechnie stosowane w urządzeniach codziennego użytku działają kontrolując przepływy dużych ilości nośników ładunków elektrycznych.

Miniaturyzacja obwodów funkcjonujących na tej zasadzie jest jednak trudna z uwagi na wydzielające się ciepło.

„Tranzystor spinowy wykorzystuje nie ładunek elektryczny, a inną cechę kwantową elektronu: spin, czyli jego wewnętrzny momentu pędu”, wyjaśnia prof. dr hab. Tomasz Wojtowicz z IF PAN, który kierował polską grupą zaangażowaną w budowę nowego tranzystora.

Udział Instytutu Fizyki PAN w konferencji "European Innovation Summit 2011". Źródło: IF PAN

Ze spinem nierozerwalnie wiąże się pole magnetyczne.

Ponieważ przypadkowe pola magnetyczne są dużo słabsze niż przypadkowe pola elektryczne, pamięci spintroniczne nie traciłyby informacji po odłączeniu zasilania, a procesory spintroniczne potrafiłyby fizycznie modyfikować własne obwody, dopasowując swoją strukturę logiczną do aktualnych potrzeb.

Z kolei umiejętność operowania spinami pojedynczych elektronów otworzyłaby drogę do budowy komputerów kwantowych – urządzeń, które zgodnie z przewidywaniami teoretyków będą realizować pewne klasy algorytmów w nieprawdopodobnie krótkim czasie.

Pierwszą ideę budowy półprzewodnikowego tranzystora spinowego przedstawiono w 1990 roku.
Pomysł udało się sprawdzić doświadczalnie dopiero trzy lata temu.
Otrzymane sygnały były jednak słabe, co wynikało z faktu, że elektrony wstrzykiwano do półprzewodnika z małą wydajnością, a na dodatek szybko traciły one początkowy kierunek spinu.

Udział Instytutu Fizyki PAN w konferencji "European Innovation Summit 2011". Źródło: IF PAN

W tranzystorze spinowym skonstruowanym przez zespół z Uniwersytetu w Ratyzbonie, kierowany przez prof. Dietera Weissa, i grupę badaczy z Instytutu Fizyki PAN, wykorzystano „twierdzenie adiabatyczne” mechaniki kwantowej.
Twierdzenie to mówi, że orientacja spinu elektronu pozostanie niezmieniona, jeśli zewnętrzne zaburzenie zmienia się powoli, czyli adiabatycznie.

W takich warunkach informacja spinowa jest zabezpieczona przed utratą, a jej nośniki mogą się poruszać w układzie półprzewodnikowym na odległość nawet kilkunastu mikrometrów (milionowych części metra).

Fizycy z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie i Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Ratyzbonie zbudowali nowy typ tranzystora spinowego. W półprzewodnikowej strukturze z tellurku kadmu silnie domieszkowanego manganem, wykonanej w IF PAN, elektrony tworzą dwuwymiarowe morze. Pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego elektrony w morzu zaczynają się przemieszczać, dopasowując swój spin do kierunku lokalnego pola magnetycznego generowanego przez magnesy z dysprozu. Pozwala to zabezpieczyć informację spinową przed utratą. Źródło: IF PAN, ACh

Eksperymentalna realizacja idei była możliwa za pomocą przyrządu półprzewodnikowego wykonanego w IF PAN.

Układ studni kwantowych zbudowano z rozcieńczonych półprzewodników magnetycznych należących do II i VI grupy układu okresowego pierwiastków [struktura (Cd,Mn)Te z tellurku kadmu silnie domieszkowanego manganem].

Rozcieńczone półprzewodniki magnetyczne charakteryzują się nadzwyczajną czułością spinu elektronu na zewnętrzne pole magnetyczne.

Przyrząd z IF PAN skonstruowano w taki sposób, że jego elektrony tworzą dwuwymiarowy gaz.

Za pomocą wysokorozdzielczej litografii elektronowej na Uniwersytecie w Ratyzbonie na strukturę naniesiono periodyczną siatkę miniaturowych magnesów z rzadkiego metalu, dysprozu.

Po namagnesowaniu, wytworzyły one wolno zmieniające się pole magnetyczne o niewielkiej indukcji 50 militesli.

W tak skonstruowanym tranzystorze spinowym elektrony poruszały się od źródła do drenu pod wpływem pola elektrycznego.

Podczas wędrówki kierunek ich spinu dopasowywał się do aktualnego kierunku pola magnetycznego generowanego przez magnesy z dysprozu.
Tranzystor był wtedy w stanie włączonym, czyli jego oporność na drodze źródło-dren była mała.

Po przyłożeniu dodatkowego, zewnętrznego pola o indukcji 50 mT, równoważącego lokalnie pole magnesów z dysprozu, na drodze ruchu elektronów powstawały periodyczne miejsca skompensowanego pola magnetycznego, gdzie elektrony, aby przemieszczać się dalej, musiałyby gwałtownie zmienić kierunek swego spinu.

Wskutek związanych z tym zjawisk fizycznych, część elektronów jest w tej sytuacji odbijana i opór źródło-dren wzrasta – tranzystor przechodzi w stan wyłączony.

Prototyp tranzystora, przedstawiony przez polskich i niemieckich badaczy, działa w temperaturach kriogenicznych.

Fragment animacji ilustrującej zasadę działania tranzystora spinowego zbudowanego przez fizyków z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie i Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Ratyzbonie. Zwykle elektrony z dwuwymiarowego morza w półprzewodniku szybko gubią pierwotny kierunek spinu. Dzięki wolnozmiennemu (adiabatycznemu), spiralnemu polu magnetycznemu, które pochodzi od nanomagnesów dysprozowych, spin elektronów poruszających się w półprzewodniku pozostaje ściśle określony podczas ruchu, a opór źródło-dren tranzystora jest mały, co pokazuje wskazówka miernika-omomierza. Przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego o wartości B powoduje powstawanie miejsc skompensowanego pola, gdzie następuje gwałtowna zmiana kierunku spinu, prowadząca do częściowego odbijania wstecznego poruszających się elektronów i w efekcie do wzrostu oporu przyrządu (co widać na omomierzu). Link do animacji http://press.ifpan.edu.pl/news/12/07/IFPAN120719c_mov01.mov Źródło: IF PAN

„W tym doświadczeniu byliśmy dostawcami technologii półprzewodnikowych o wyjątkowych parametrach”, podkreśla prof. Wojtowicz i dodaje, że „ruchliwość elektronów w strukturach (Cd,Mn)Te wytwarzanych w IF PAN jest w tej grupie układów największa na świecie.”

„To efekt siedmiu lat intensywnej pracy nad obecnymi materiałami i niemal 20 lat naszych doświadczeń nad technologiami epitaksji z wiązek molekularnych, które rozwijamy wraz z profesorami Grzegorzem Karczewskim i Jackiem Kossutem w Środowiskowym Laboratorium Fizyki i Wzrostu Kryształów Niskowymiarowych IF PAN”, mówi prof. Wojtowicz.

„Udział naszego Instytutu w skonstruowaniu nowego tranzystora spinowego to kolejny spektakularny rezultat, który był możliwy dzięki znaczącym środkom finansowym z Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka”, podkreśla prof. dr hab. Leszek Sirko, dyrektor Instytutu Fizyki PAN.

Idea adiabatycznego tranzystora spinowego, zaprezentowana dzięki wyjątkowej jakości polskich układów półprzewodnikowych, w przyszłości będzie mogła być zrealizowana także za pomocą materiałów zbudowanych z innych pierwiastków niż kadm i tellur.

Nowe tranzystory i urządzenia mogłyby wtedy działać także w temperaturze pokojowej, co byłby wielkim krokiem na drodze do zastosowań spintroniki.


Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk

Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk (IF PAN) z siedzibą w Warszawie powstał w 1953 roku jako ogólnokrajowa instytucja zajmująca się wszystkimi dziedzinami fizyki doświadczalnej i teoretycznej.

Obecnie Instytut prowadzi badania z fizyki ciała stałego oraz fizyki atomowej i cząsteczkowej, w tym fizyki półprzewodników, promieniowania i magnetyzmu.

Przedmiotem szczególnego zainteresowania są spintronika i nanotechnologie.

IF PAN uczestniczy w ponad 20 międzynarodowych projektach badawczych, publikuje ok. 300 prac naukowych rocznie.


Kontakt do naukowców:

prof. dr hab. Tomasz Wojtowicz
Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk
aleja Lotników 32/46
02-668 Warszawa
tel. +48 22 8436601, w. 3123, 2551
email: wojto@ifpan.edu.pl  


Źródło: Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk

http://www.ifpan.edu.pl/  



ASTROMAN Magazine - 2012.07.05

CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson

http://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1266  


ASTROMAN Magazine - 2012.05.06

Prof. dr hab. Andrzej Udalski jest członkiem zagranicznym Amerykańskiej Akademii Nauk (U.S. National Academy of Sciences)

http://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1235  


ASTROMAN Magazine – 2012.01.24

Profesor dr Jacek M. Żurada Przewodniczącym Komisji Oceny Periodyków IEEE w USA

http://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1156  


ASTROMAN Magazine – 2011.08.06

Najbardziej prestiżowa międzynarodowa akredytacja dla polskiej Akademii Leona Koźmińskiego

http://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=1029  


ASTROMAN Magazine - 2010.03.27

Polacy opracowali nowatorski czujnik wykrywający melaminę

http://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=686  


ASTROMAN Magazine - 2010.03.06

Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w CERN ponownie w akcji

http://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=674  


ASTROMAN Magazine - 2010.02.08

Polscy naukowcy modernizują akceleratory w CERN

http://www.astroman.com.pl/index.php?mod=magazine&a=read&id=660