O supapă de spin sau supapă de spin este un dispozitiv format din două sau mai multe materiale magnetice conductoare a căror rezistență electrică poate varia între două valori în funcție de alinierea relativă a magnetizării în straturi. Modificarea rezistenței cu o modificare a magnetizării straturilor într-o astfel de structură verticală este rezultatul efectului de magnetorezistă gigant . Straturile magnetice ale dispozitivului se aliniază „sus” sau „jos” în funcție de direcția câmpului magnetic extern . În cel mai simplu caz, o supapă de rotație constă dintr-un material nemagnetic intercalat între doi feromagneți , dintre care unul este un strat fix (fixat ) pe un antiferomagnet , care acționează pentru a-și ridica coercitatea magnetică și se comportă ca un strat „dur”, în timp ce celălalt strat feromagnetic este liber și se comportă ca un strat „moale”. Datorită diferenței de coercivitate, stratul moale își schimbă polaritatea la modificări mai mici ale câmpului magnetic decât stratul dur. Când este aplicat un câmp magnetic cu puterea corespunzătoare, stratul moale poate schimba polaritatea în două stări diferite: paralel, o stare de rezistență scăzută, și antiparalel, o stare de rezistență ridicată.
Supapele de spin se bazează pe o proprietate cuantică a electronilor numită spin . Datorită divizării densității de electroni a stărilor la nivelul Fermi , la feromagneți se observă polarizare pură de spin. Prin urmare, un curent electric care trece printr-un feromagnet poartă atât o sarcină , cât și o componentă de spin. Prin comparație, un metal obișnuit are un număr egal de electroni de spin în sus și spin în jos, astfel încât, într-o situație de echilibru, astfel de materiale suportă curent de sarcină de spin zero. Cu toate acestea, atunci când un curent este trecut de la un feromagnet la un metal normal, spinul este de asemenea transferat. Un metal obișnuit poate astfel transfera spin între feromagneți individuali, cu condiția să existe o lungime suficientă de difuzie a spinului.
Transferul de rotație depinde de alinierea momentelor magnetice în feromagneți. Dacă un curent curge într-un feromagnet cu spinul principal „în sus”, de exemplu, electronii cu spin în sus vor trece prin interfață relativ nestingheriți, iar electronii cu spin „în jos” vor fi reflectați sau, cu o rotație de rotație la interfața de feromagnetul, să cadă într-o stare neumplută. Astfel, dacă atât stratul fix, cât și cel liber sunt polarizate în aceeași direcție, dispozitivul are o rezistență electrică relativ scăzută, iar dacă polaritatea stratului liber se modifică sub influența unui câmp magnetic, atunci dispozitivul are o rezistență crescută datorită la energia suplimentară necesară pentru a împrăștia spin-ul în cealaltă condiție.
Este necesar un strat de material antiferomagnetic pentru a fixa unul dintre straturile feromagnetice (adică pentru a-l face fix sau dur magnetic). Acesta este rezultatul unei interacțiuni mari de schimb negativ între feromagnet și antiferomagnet din regiunea de contact.
Este necesar un strat nemagnetic pentru a decupla două straturi feromagnetice[ ce? ] , astfel încât cel puțin unul dintre ele să rămână liber (moale magnetic).
Principiul de funcționare de bază al unei supape pseudo-spin este identic cu o supapă de spin convențională[ ce? ] , dar în loc să modifice forța de coerciție magnetică a diferitelor straturi feromagnetice prin fixarea unuia cu un strat antiferomagnetic, două straturi sunt realizate din feromagneți diferiți cu coercibilitate diferită, de exemplu, FeNi și Co. Rețineți că coerctivitatea este în principal o proprietate externă a materialului și, prin urmare, este determinată de condițiile de prelucrare.
Supapele de rotire sunt folosite la pickup -urile magnetice și la capetele de citire a hard diskului . [1] Sunt folosite și în memoria magnetică cu acces aleatoriu ( MRAM ).