Криоэлектроника

Это область науки и техники, занимающаяся применением явлений, имеющих место в твердых телах при криогенных температурах

(в присутствии электрических, магнитных и электромагнитных полей), для создания электронных приборов и устройств.

Технологии криоэлектроники включают приборы и устройства, в которых используются явления и процессы, протекающие при низких температурах (условно Т<100к).

Большинство современных криоэлектронных приборов основано на явлении сверхпроводимости, в частности, на эффекте Джозефсона, а также на явлении одноэлектронного туннелирования между сверхпроводниками.

По назначению криоэлектронные приборы можно разделить на несколько групп:

• приборы квантовой метрологии;

• сверхпроводниковые квантовые интерферометрические датчики;

• пассивные СВЧ-устройства;

• cверхпроводниковые цифровые и импульсные устройства, в том числе ячейки логики и памяти ЭВМ

Криоэлектронные приборы и устройства используются в различных областях электроники, метрологии и стандартизации, для создания вычислительной техники, в интересах обороны, освоения космического пространства и радиоастрономии, а также других отраслей промышленности, морского флота, сельского хозяйства, геологии.

Однако криоэлектроника развивается не так быстро как другие отрасли микроэлектроники и функциональной электроники.

Среди причин, тормозящих ее развитие – слабая изученность электронных процессов в охлаждаемых структурах и пленках на базе твердого тела, недостаточность реальных конструкторско-технологических идей по созданию интегральных электронных приборов на основе этих процессов.

Практически отсутствуют методы снижения удельного веса и затрат на охлаждение интегральных приборов до уровня затрат на обычное термостатирование, увеличения срока непрерывного действия охлажденных устройств.

Спинтроника

Это раздел квантовой электроники, занимающийся изучением спинового токопереноса (спин-поляризованного транспорта) в твердотельных веществах.

Термин "спинтроника" произошел от англоязычного выражения "spin electronics" ("спиновая электроника"; иногда ее называют и "магнитоэлектроникой").

Понятия спина

В теории магнетизма считается, что электрон обладает квантовым свойством - спином, из-за чего он ведет себя подобно стрелке компаса, вращающейся вокруг своей оси и соединяющей его (электрона) южный и северный полюса.

Спины электронов могут быть ориентированы в направлениях, которые обычно называют "спин-вверх" и "спин-вниз"

Если поместить электроны в магнитное поле, то их спины выстроятся вдоль направления поля. При этом они будут определенным образом вращаться вокруг силовых линий – это явление можно сравнить с орбитальной прецессией нашей планеты. Если выключить поле, прецессия спина прекращается и его ориентация фиксируется. Другими словами, используя эффект прецессии, можно менять спиновое состояние электрона и тем самым изменять бит информации, переносимый электроном, с логического "0" на "1" и обратно.

В чем состоит задача спинтроники?

Дело в том, что кремниевые процессоры в ближайшие десять-пятнадцать лет достигнут предела своих возможностей, поэтому именно сейчас необходимо искать иные физические принципы, на которых будут построены быстродействующие устройства с низкими энергопотреблением и тепловыделением. В спинтронных устройствах переворот спина практически не требует затрат энергии, а в промежутках между операциями устройство отключается от источника питания. Если изменить направление спина, то кинетическая энергия электрона не изменится. Это означает, что тепла почти не выделяется. Скорость изменения положения спина очень высока. Эксперименты показали, что переворот спина осуществляется за несколько пикосекунд (триллионных долей секунды).

Чего же ожидать от спинтроники?

Специалисты выделяют три главных направления ее развития:

• квантовый компьютер

• спиновый полевой транзистор

• спиновая память.