Исследователи обнаружили потенциальное применение нежелательного электронного шума в полупроводниках
Случайный телеграфный шум (RTN), разновидность нежелательного электронного шума, долгое время был помехой в электронных системах, вызывая колебания и ошибки в обработке сигналов. Однако команда исследователей из Центра интегрированной физики наноструктур при Институте фундаментальных наук (IBS) в Южной Корее совершила интригующий прорыв, который потенциально может использовать эти флуктуации в полупроводниках. Возглавляемая профессором Ли Янг Хи команда сообщила, что магнитные флуктуации и их гигантские RTN-сигналы могут быть сгенерированы в полупроводнике с vdW-слоем путем введения ванадия в диселенид вольфрама (V-WSe2) в качестве мельчайшей магнитной добавки.
Работа команды опубликована в журнале Nature Electronics.
Высокое контактное сопротивление в боковых устройствах обычно ограничивает проявление присущих им квантовых состояний и еще больше ухудшает производительность устройства. Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи внедрили устройство вертикального магнитного туннельного перехода, поместив несколько слоев магнитного материала V-WSe2 между верхним и нижним графеновыми электродами. Это устройство смогло проявлять присущие ему квантовые состояния, такие как магнитные флуктуации, и получать сигналы RTN высокой амплитуды даже при небольшой концентрации ванадия, составляющей всего ~0,2%.
Доктор Лан-Ань Т. Нгуен, первый автор исследования, сказал: “Ключом к успеху является реализация больших магнитных флуктуаций сопротивления путем создания устройств вертикального магнитного туннельного соединения с низким контактным сопротивлением”.
В ходе экспериментов по измерению сопротивления с использованием этих устройств исследователи наблюдали пульсации с высокой амплитудой до 80% между четко определенными двумя стабильными состояниями. В бистабильном состоянии магнитные флуктуации сопротивления преобладают в зависимости от температуры из-за конкуренции между внутрислойной и межслойной связью между магнитными доменами. Команда смогла идентифицировать это бистабильное магнитное состояние по дискретным гауссовым пикам на гистограмме RTN с отличительными особенностями в спектре мощности шума.
Самое главное, исследователи обнаружили возможность переключать бистабильное магнитное состояние и частоту среза RTN простым изменением полярности напряжения. Это захватывающее открытие открывает путь для применения шумовой спектроскопии 1/f2 в магнитных полупроводниках и обеспечивает возможность магнитного переключения в спинтронике.
“Это первый шаг к наблюдению бистабильного магнитного состояния из-за больших флуктуаций сопротивления в магнитных полупроводниках и обеспечивает возможность магнитного переключения с шумами 1 / f2 посредством простой полярности напряжения в спинтронике”, – пояснил профессор Ли.
Эта работа была выполнена в рамках междисциплинарных исследований в сотрудничестве с Чжу Мин Кю из Женского университета Сукменг и КИМ Филип из Гарвардского университета.