En spinnventil eller spinnventil är en anordning som består av två eller flera ledande magnetiska material vars elektriska motstånd kan variera mellan två värden beroende på den relativa inriktningen av magnetiseringen i lagren. Förändringen i resistans med en förändring i magnetiseringen av lagren i en sådan vertikal struktur är resultatet av den enorma magnetoresistanseffekten . Enhetens magnetiska lager riktas "upp" eller "ner" beroende på riktningen på det externa magnetfältet . I det enklaste fallet består en spinnventil av ett icke-magnetiskt material inklämt mellan två ferromagneter , varav den ena är ett lager fixerat ( fixerat ) på en antiferromagnet , som verkar för att höja dess magnetiska koercitivitet och beter sig som ett "hårt" lager, medan det andra ferromagnetiska lagret är fritt och beter sig som ett "mjukt" lager. På grund av skillnaden i koercitivitet ändrar det mjuka lagret polaritet vid mindre förändringar i magnetfältet än det hårda lagret. När ett magnetfält med lämplig styrka appliceras, kan det mjuka lagret byta polaritet i två olika tillstånd: parallellt, ett lågresistanstillstånd och antiparallellt, ett högresistanstillstånd.
Spinnventiler är beroende av en kvantegenskap hos elektroner som kallas spinn . På grund av splittringen av tillståndens elektrontäthet på Fermi-nivån observeras ren spinnpolarisering i ferromagneter. En elektrisk ström som passerar genom en ferromagnet bär därför både en laddning och en spinnkomponent. Som jämförelse har en vanlig metall lika många spin upp och spin ner elektroner, så i en jämviktssituation stödjer sådana material noll spinnladdningsström. Men när en ström passerar från en ferromagnet till en normal metall överförs även spinnet. En vanlig metall kan alltså överföra spinn mellan enskilda ferromagneter, förutsatt att det finns tillräcklig längd på spindiffusion.
Spinöverföring beror på inriktningen av magnetiska moment i ferromagneter. Om en ström flyter in i en ferromagnet med huvudspinnet "uppåt", till exempel, kommer elektroner med spin upp att passera genom gränssnittet relativt obehindrat, och elektroner med spinn "nedåt" kommer att reflekteras eller, med en spin flip vid gränssnittet mellan ferromagneten, att hamna i ett ofyllt tillstånd. Således, om både de fasta och fria skikten är polariserade i samma riktning, har anordningen ett relativt lågt elektriskt motstånd, och om polariteten hos det fria skiktet ändras under påverkan av ett magnetfält, har anordningen ett ökat motstånd pga. till den extra energi som krävs för att sprida snurran till det andra tillståndet.
Ett lager av antiferromagnetiskt material behövs för att fixera ett av de ferromagnetiska lagren (det vill säga för att göra det fixerat eller magnetiskt hårt). Detta är resultatet av en stor negativ utbytesinteraktion mellan ferromagneten och antiferromagneten i kontaktområdet.
Ett icke-magnetiskt lager behövs för att koppla bort två ferromagnetiska lager[ vad? ] , så att åtminstone en av dem förblir fri (magnetiskt mjuk).
Grundprincipen för en pseudo-spin-ventil är identisk med en konventionell spin-ventil[ vad? ] , men istället för att ändra den magnetiska koercitivkraften för olika ferromagnetiska lager genom att fixera ett med ett antiferromagnetiskt lager, tillverkas två lager av olika ferromagneter med olika koercitivitet, till exempel FeNi och Co. Observera att koercitivitet huvudsakligen är en extern egenskap hos materialet och därför bestäms av bearbetningsförhållandena.
Spinventiler används i magnetiska pickuper och hårddiskläshuvuden . [1] De används också i magnetiskt direktminne ( MRAM ).