SPIn-based logic GAtes with topological insulators

Il progetto SPIGA esplora una nuova generazione di dispositivi logici a bassissimo consumo, in cui l’informazione è elaborata sfruttando non solo la carica, ma anche il grado di libertà di spin degli elettroni. In uno scenario in cui l’efficienza energetica dell’elettronica è un limite sempre più stringente, il progetto propone un approccio “more-than-Moore” basato su fenomeni di spin-orbitronica e su materiali emergenti.

Il cuore dell’idea è sfruttare la presenza di stati di superficie con spin–momentum locking negli isolanti topologici (TI) che rende possibile trasformare un accumulo di spin in una variazione misurabile della resistenza elettrica. SPIGA mira a dimostrare e quantificare questo effetto in eterostrutture TI/semiconduttore, con l’obiettivo di realizzare una porta logica scalabile e operativa a temperatura ambiente.

Per garantire compatibilità con la microelettronica, il progetto punta a integrare TI su piattaforme a base di semiconduttori del gruppo IV, controllando crescita, qualità d’interfaccia e posizione del livello di Fermi in prossimità del punto di Dirac per massimizzare il contributo degli stati di superficie. La funzionalità logica sarà ottenuta modulando la resistenza tra source e drain tramite iniezione di spin nel semiconduttore, inizialmente con schemi ottici per validare i meccanismi fisici, e successivamente con architetture completamente elettriche orientate all’integrazione. L’ambizione finale è dimostrare un “mattoncino” logico efficiente e riproducibile, basato su eterostrutture TI/semiconduttore e su interconversione spin-carica controllata.