Spintronik

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 12 december 2020; kontroller kräver 5 redigeringar .

Spintronik ( spinelektronik ) är en del av kvantelektroniken som behandlar studiet av spinnströmöverföring (spin-polariserad transport) i solid-state- enheter och motsvarande tekniska område. I spintroniska enheter, till skillnad från konventionella elektroniska enheter, transporteras energi eller information inte av elektrisk ström , utan av spinnström .

Ferromagnetiska heterostrukturer

Typiska system där spintroniska effekter är möjliga inkluderar i synnerhet ferromagnet - paramagnet eller ferromagnet - supraledare heterostrukturer .

I sådana heterostrukturer är källan till spinnpolariserade elektroner (spininjektor) en ledande ferromagnet (ledare eller halvledare ), som i magnetiserat tillstånd har en spontan, spinnordning av laddningsbärare; i ferromagnetiska halvledare är spinnpolarisationsnivåerna betydligt högre (upp till 100 %) än i metaller (upp till 10 %). I ett externt magnetfält är Zeeman -delningen av ledningsbandet i en halvledare möjlig med bildandet av två Zeeman-energisubnivåer. När spinnpolariserade elektroner injiceras i en sådan halvledare är kontrollerade övergångar till både de övre och nedre nivåerna möjliga, vilket i synnerhet gör det möjligt att skapa en populationsinversion och följaktligen generera koherent elektromagnetisk strålning med frekvensstyrning av en magnetiskt fält.

Andra effekter uppstår i Josephson-korsningar med en isolerande ferromagnet: i detta fall kan tunnling styras med hjälp av ett externt magnetfält.

Det är också möjligt att använda strukturer baserade på silicen [1]

Applikation

Solid state batteri utan kemiska reaktioner , som omvandlar elektrisk energi till ett konstant magnetfält och vice versa (det vill säga magnetiserar en permanent magnet med ström, och avmagnetiserar den tillbaka, ger ström - vilket tidigare ansågs omöjligt på makronivå utan att röra sig delar, även teoretiskt, men ingen motsägelse med det finns ingen teori här, eftersom de rörliga delarna av strömmen i batteriet är de elementära bärarna av den spinnpolariserade strömmen). [2]
Elektroniska komponenter:
- Datorminne typ STT-MRAM ( Spin Torque Transfer MRAM ), spårminne .
- Spin transistorer , som är en skiktad struktur "ferromagnet - kisel - ferromagnet - kisel med föroreningar". Efter att ha passerat genom det första ferromagnetiska skiktet får den elektriska strömmen spinnpolarisation, som delvis bevaras när den rör sig genom kiselskiktet (det bästa värdet från och med 2007 är bevarandet av spinnpolarisation för 37 % av elektronerna vid en temperatur på -73 ° C och en kiselskikttjocklek på upp till 350 μm [3] ), vilket gör att du kan styra värdet på spinnströmmen vid utgången genom att ändra orienteringen av magnetfälten i två lager av en ferromagnet (se Jättemagnetiskt motstånd ) [4] . $({\text{Co}}_{{84}}{\text{Fe}}_{{16}})$ $({\text{Ni}}_{{80}}{\text{Fe}}_{{20}})$
- Logiska kretsar , som potentiellt har, i jämförelse med moderna CMOS- kretsar, högre prestanda (signalfördröjningstid mindre än 1 ns), lägre värmeavledning (gatevärmeavledning 10 −17 J) och inte påverkas av joniserande strålning . [5]

Se även

Länkar

Spintronics på " Computerra ", 2005
Spintronics - en ordbok över nanoteknologiska och nanoteknikrelaterade termer // Rosnano
Fysiker från Moscow State University förvandlade guld till en magnet och tog ett steg mot spintronics // RIA Novosti , 5 okt 2015
Spintronics i numret av tv-serien " Black Holes. Vita fläckar "(nummer för 12 december 2020)

Litteratur

Ryazanov VV Josephson π-kontakt supraledare-ferromagnet-supraledare som ett element i en kvantbit. UFN, 1999. V.169. Nr 8. S. 920.
Ivanov V. A., Aminov T. G., Novotortsev V. M., Kalinnikov V. T. Spintronics och spintroniska material. Izv. AN (Ser.chem.) Nr. 11, 2004, S.2255-2303
Voronov V.K. , Podoplelov A.V. Physics at the Turn of the Millennium: Condensed State, M., LKI, 2012, ISBN 978-5-382-01365-7

Prinz GA Spin-polariserad transport. Physics Today , 1995. Vol.48.. Nr. 4. P.353.
Maekawa S. (Ed) Concepts in Spin Electronics, 2006

Anteckningar

↑ Natalia Leskova. Magnetisk silicen - materialet i framtidens elektronik // I vetenskapens värld . - 2018. - Nr 7 . - S. 102-107 .
↑ Fysiker har skapat en batteriprototyp på baksidan // Membrane (webbplats)
↑ Elektronisk mätning och kontroll av spinntransport i kisel Arkiverad 25 maj 2011 på Wayback Machine :: Nature
↑ Den första kiselbaserade spinntransistorn banar väg för nästa generations elektronik Arkiverad 13 september 2011 på Wayback Machine // Elements - vetenskapsnyheter
↑ STT-RAM Access Memory Company Grandis kommer att utveckla "Non-Volatile Logic" för US Military Arkiverad 25 oktober 2020 på Wayback Machine // iXBT.com, 20 november 2010