Transcript Термін спінтроніка

Виконали студенти групи МП-13м
Воловик Сергій
Кушнір Юрій
Мельник Діана
Термін спінтроніка (spintronics,
spin-electronics) був
запропонований у 1996 році
С.А. Вольфом. Він означає
мультидисциплінарну область
науки і технології, центральне
місце в якій займає активне
використання спінової ступеня
свободи в твердотільних
системах.
Спін (від англ. Spin вертіння, крутіння) можна
було б представити як
результат
обертання
частинки навколо своєї
осі, однак, незважаючи
на
наочність
такого
подання і очевидний сенс
самого терміна, класична
фізика не може пояснити
появу спіна в результаті
обертового
руху
частинок в тривимірному
просторі.
Cпінтроніка – усталений
термін, але існують різні
його
тлумачення:
електроніка перенесення
спіна
(spin
transport
electronics), електроніка,
заснована на спіні (spin based electronics), або
просто спін- електроніка
(spin - electronics).
З'явився вперше в 1998 р. в спільному прес релізі лабораторій
Белла і Єльського університету , в якому було сформульовано
завдання створення пристроїв , що зберігають інформацію в атомах
речовини, де біти кодувалися б електронними спінами. В Агентстві
перспективних досліджень міністерства оборони США спінтроніці
визначають як спінтранспортну електроніку. Згідно іншими
визначеннями спінтроніка – це наука , для якої принципове значення
має взаємоузгоджену поведінку заряду і спіна електрона.








Спінтроніка розвивається за такими основними напрямками:
виготовлення магнітних наноструктур, включаючи нові матеріали,
тонкі плівки і гетероструктури, а також багатофункціональні
матеріали;
магнетизм і спіновий контроль магнітних наноструктур, теорії
феромагнітного обміну в розбавлених магнітних напівпровідниках,
тунельних ефектів і спінової інжекції, транспорту і детектування
магнетизму;
магнітоелектроніка і прилади на основі ефекту гігантського магніту,
тунельні пристрої, напівпровідникові гетероструктури для інжекції
спінів, їх транспорт і детектування, імпульсний феромагнетизм;
магнітооптичні властивості магнітних напівпровідникових
гетероструктур на постійному струмі і з тимчасовим дозволом,
оптична спінова інжекція і детектування, оптично індукований
феромагнетизм, надшвидкі магнітооптичні перемикачі;
передача квантової інформації;
розпізнавання образів;
отримання зображень та метрологія, яка включає в себе магнітне
розпізнавання образів і аномальний ефект Холла;
приладобудування та прикладні дослідження.
Найпростіший елемент, який пояснює принцип
роботи, це два надтонкі феромагнетики різної
товщини,
наприклад
з
кобальту,
розділені парамагнітним матеріалом, наприклад,
з міді. Перший пласт феромагнетика служить
поляризатором струму і орієнтація його магнітного
моменту залишається незмінною у просторі та у часі.
Інший пласт має змінну орієнтацію вектору магнітного
моменту. Якщо матеріал, що розділює феромагнітні
пласти, є напівпровідником, то такий спінтронний
пристрій прийнято називати спіновим клапаном, якщо
ж вони розділені діелектриком, то такі електронні
елементи є тунельними з'єднаннями.
В
таких
гетероструктурах
джерелом
спінполяризованих
електронів
(спін-інжектором)
є
провідний
феромагнетик (провідник або напівпровідник), що має в
намагніченому стані спонтанну спінову впорядкованість носіїв
заряду;
в
феромагнітних
напівпровідниках
досягаються
рівні спінової поляризації значно більші (до 100%), ніж в металах (до
10%). В зовнішньому магнітному полі можливе зеєманівське
розщеплення зони провідності в напівпровіднику з формуванням
двох зеєманівських енергетичних підрівнів. При інжекції спінполяризованих електронів в такий напівпровідник можливі керовані
переходи як на верхній, так і на нижній рівні, що дає можливість
створення інверсії заселення та, відповідно, генерації когерентного
електромагнітного випромінювання з управлінням частоти магнітним
полем. Інші ефекти виникають в джозефсонівських переходах з
ізолюючим феромагнетиком: в цьому випадку можливе управління
тунелюванням за допомогою зовнішнього магнітного поля.




Ефект колосального магнітоопору (CMR )
виникає в перовскитах (типу LaMnO3 ) в
колосальних магнітних полях.
Ефект гігантського магнітоопору ( GMR )
заснований на фільтрації електронів з різною
орієнтацією спіна при проходженні з одного
магнітного матеріалу в іншій.
Екстраординарний магнітоопір ( EMR )
походить з орбітального руху електронів , його
можна віднести до розряду балістичних
ефектів , коли викривлення траєкторії руху в
магнітному полі викликає зміну провідності .
Основу головки зчитування складають три шари:
магнитомягкий, немагнітний, магнитожорсткий
Намагніченість жорсткого матеріалу фіксована, а
магнітомягкого матеріалу - може змінюватися в
Залежно від зовнішнього поля (поля, створюваного
доменом, намагніченому в певному напрямку
- Бітом інформації).
Тунельний магнітоопір
Тунельний магнітний опір дуже схожий на попередній
ефект, тільки замість немагнітного металу середній шар
є діелектриком. У такому випадку, якщо шар
діелектрика досить тонкий, проявляється тунельний
ефект. Імовірність тунелювання електрона через
потенційний бар'єр сильно залежить від взаємної
орієнтації намагніченностей шарів. Спінзалежне
туннелиювання дозволяє отримувати великі величини
GMR.

EMR датчик являє собою тонкий
шар напівпровідника з високою
рухливістю носіїв. Частина
напівпровідника зашунтована
металом. Він може накладатися
на поверхню. Головне ,
забезпечити хороший контакт.
Вимірювання проводиться
четирьохзондовим методом . На
два зонда подається напруга , з
двох інших знімається струм.
Шунтувальна ділянка
розташована асиметрично щодо
зондів. При вимірах струм в
основному тече по металу , як
найбільш легким шляхом , але от
умови потрапляння електронів з
напівпровідника в металеву
частину залежать від величини
магнітного поля.
MRAM
Майбутнє магнітної пам'яті і спінтроніки пов'язують з MRAM - магнітної
пам'яті довільного доступу , яка поєднуватиме швидкодію оперативної
пам'яті і енергонезалежність постійної пам'яті . Осередки пам'яті
розташовані на перетині струмоведучих шин. Адресація до певного біту
інформації здійснюється подачею імпульсів запису / зчитування на
відповідну шину слів і шину бітів. При записі по шинах проходять
імпульси струму , магнітне поле яких виявляється залишковим , щоб
перемагнітити магнітомягкий шар. При зчитуванні стан біта визначається
за допомогою ефекту гігантського магнітного опору , шляхом
пропускання невеликих струмів зчитування.