Спінтроніка

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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 магнітоопереру 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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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 частоти магнітним полем.

Інші явища[ред. | ред. код]

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

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. http://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. 
  3. http://prola.aps.org/pdf/PRB/v39/i7/p4828_1
  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. 
  6. S. Datta and B. Das (1990). Electronic analog of the electrooptic modulator. Applied Physics Letters 56: 665–667. 

Література[ред. | ред. код]

  • 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[ред. | ред. код]