Спінтроніка

Спінтро́ніка (англ. Spintronics, фр. Spintronique) — галузь електроніки, що використовує квантові властивості спіну електронів, що характеризуються двома квантовими станами (спін-угору, спін-униз). Зміна орієнтації спінів відбувається за впливу високої густини струму, що проходить через надтонкі феромагнітні структури (сендвічі). Орієнтація спінів залишається незмінною, якщо джерело поляризованого струму вимикається.

Застосування

Спінтронні пристрої дуже широко використовуються у пристроях запам'ятовування інформації, але існують й інші застосування, такі як, генератори змінної напруги, контрольовані по струму, транзистори на ефекті поля тощо.

Історія

Область дослідження виникла з експериментів з вивчення спін-залежного електронного транспорту в приладах з твердих тіл, які виконувались в 1980-х роках, включаючи вивчення інжекції спін-поляризованих електронів з феромагнітного металу в звичайний метал, виконаних Джонсоном (англ. Johnson) і Сілсбі (англ. Silsbee) в 1985 році^[1], і відкриття гігантського магнітоопору незалежно Альбером Фертом та його колегами^[2] і Пітером Грюнбергом (нім. Peter Grünberg) та його колегами в 1988 році^[3]. Витоки спінтроніки можна прослідкувати навіть раніше аж до експериментів з феромагнітного/надпровідного тунелюванню в роботах Мезервея (англ. Meservey) і Тедроу (англ. Tedrow)^[4] і в перших експериментах зі злиття магнітних тунелів у роботах Джулльєре (англ. Julliere) в 1970-х.^[5]. Використання напівпровідників у спінтроніці можна відслідкувати до теоретичної пропозиції спінового польового транзистора Датти (англ. Datta) та Даса (англ. Das) в 1990 році^[6].

Базові поняття

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 вектора 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.

Зв'язок із зонною теорією

У таких гетероструктурах джерелом спін-поляризованих 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 спін-поляризованих електронів у 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 частотою магнітним полем.

Інші явища

Інші ефекти виникають у джозефсонівських переходах з ізолюючим феромагнетиком: в цьому випадку можливе управління тунелюванням за допомогою зовнішнього магнітного поля.

Див. також

Примітки

↑ http://prola.aps.org/pdf/PRL/v55/i17/p1790_1^{[недоступне посилання з липня 2019]}
↑ Phys. Rev. Lett. 61 (1988): M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Eitenne, G. Creuzet, A. Friederich, and J. Chazelas — Giant Magnetoresistanc…. Архів оригіналу за 19 липня 2008. Процитовано 30 травня 2010. [Архівовано 2008-07-19 у Wayback Machine.]
↑ http://prola.aps.org/pdf/PRB/v39/i7/p4828_1^{[недоступне посилання]}
↑ PII: 0370-1573(94)90105-8^{[недоступне посилання з травня 2019]}
↑ Архівована копія. Архів оригіналу за 8 липня 2009. Процитовано 30 травня 2010.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
↑ S. Datta and B. Das (1990). Electronic analog of the electrooptic modulator. Applied Physics Letters. 56: 665—667.

Література

Prinz G.A. Spin-polarized transport. Physics Today, 1995. Vol.48..№ 4. P.353.
Рязанов В. В. Джозефсоновский π -контакт сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник как элемент квантового бита. УФН, 1999. Т.169. № 8. С.920.

Посилання

Сайт NVE Corporation [Архівовано 28 березня 2022 у Wayback Machine.]

Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.

[1] ttp://prola.aps.org/pdf/PRL/v55/i17/p1790_1^{[недоступне посилання з липня 2019]}

[2] Phys. Rev. Lett. 61 (1988): M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Eitenne, G. Creuzet, A. Friederich, and J. Chazelas — Giant Magnetoresistanc…. Архів оригіналу за 19 липня 2008. Процитовано 30 травня 2010. [Архівовано 2008-07-19 у Wayback Machine.]

[3] ttp://prola.aps.org/pdf/PRB/v39/i7/p4828_1^{[недоступне посилання]}

[4] PII: 0370-1573(94)90105-8^{[недоступне посилання з травня 2019]}

[5] Архівована копія. Архів оригіналу за 8 липня 2009. Процитовано 30 травня 2010.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)

[6] S. Datta and B. Das (1990). Electronic analog of the electrooptic modulator. Applied Physics Letters. 56: 665—667.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]