Spintronică

Spintronica ( electronica de spin ) este o secțiune a electronicii cuantice care se ocupă cu studiul transferului de curent de spin (transport polarizat de spin) în dispozitivele cu stare solidă și domeniul ingineriei corespunzător. În dispozitivele spintronice, spre deosebire de dispozitivele electronice convenționale, energia sau informațiile sunt transportate nu de curentul electric , ci de curentul de spin .

Heterostructuri ferromagnetice

Sistemele tipice în care sunt posibile efecte spintronice includ, în special, heterostructurile feromagnet – paramagnet sau feromagnet – supraconductor .

În astfel de heterostructuri, sursa de electroni polarizați cu spin (injector de spin) este un feromagnet conducător (conductor sau semiconductor ), care în stare magnetizată are o ordine spontană, de spin a purtătorilor de sarcină; în semiconductori feromagnetici, nivelurile de polarizare a spinului sunt semnificativ mai mari (până la 100%) decât în ​​metale (până la 10%). Într-un câmp magnetic extern , împărțirea Zeeman a benzii de conducție într-un semiconductor este posibilă cu formarea a două subniveluri de energie Zeeman. Atunci când electronii polarizați de spin sunt injectați într-un astfel de semiconductor, sunt posibile tranziții controlate atât la nivelul superior, cât și la cel inferior, ceea ce, în special, face posibilă crearea unei inversiuni a populației și, în consecință, generarea de radiații electromagnetice coerente cu control al frecvenței de către un camp magnetic.

Alte efecte apar în joncțiunile Josephson cu un feromagnet izolator: în acest caz, tunelul poate fi controlat folosind un câmp magnetic extern.

De asemenea, este posibil să se utilizeze structuri pe bază de silicină [1]

Aplicație

• Baterie cu stare solidă fără reacții chimice , care transformă energia electrică într-un câmp magnetic constant și invers (adică magnetizează un magnet permanent cu curent și demagnetizându-l înapoi, dă curent - ceea ce anterior era considerat imposibil la nivel macro fără a se deplasa părți, chiar și teoretic; totuși, nu există nicio contradicție cu nu există nicio teorie aici, deoarece părțile în mișcare ale curentului din baterie sunt purtătorii elementari ai curentului polarizat de spin). [2]
• Componente electronice:
  •  Memorie computer tip STT-MRAM ( Spin Torque Transfer MRAM ), memorie track .
  • Tranzistoare de rotație , care sunt o structură stratificată „feromagnet  - siliciu  - feromagnet  - siliciu cu impurități". După trecerea prin primul strat feromagnetic, curentul electric dobândește polarizare de spin, care se păstrează parțial atunci când trece prin stratul de siliciu (cea mai bună valoare din 2007 este păstrarea polarizării spin pentru 37% din electroni la o temperatură de -73 ° C și o grosime a stratului de siliciu de până la 350 μm [ 3] ), care vă permite să controlați valoarea curentului de spin la ieșire prin schimbarea orientării câmpurilor magnetice a două straturi ale unui feromagnet (vezi Rezistența magnetică gigantică ) [4] .
  • Circuite logice , care au potențial, în comparație cu circuitele CMOS moderne, performanțe mai mari (timp de întârziere a semnalului mai mic de 1 ns), disipare a căldurii mai scăzute ( dissiparea căldurii la poartă 10-17 J) și neafectate de radiații ionizante . [5]

Vezi și

• Semiconductori magnetici
• magnonica

Link -uri

• Spintronics pe „ Computerra ”, 2005
• Spintronică - un dicționar de termeni nanotehnologici și legați de nanotehnologie // Rosnano
• Fizicienii de la Universitatea de Stat din Moscova au transformat aurul într-un magnet și au făcut un pas către spintronica // RIA Novosti , 5 oct 2015
• Spintronics în numărul serialului „ Găuri negre. Pete albe „(număr din 12 decembrie 2020)

Literatură

• Ryazanov VV Josephson π-contact supraconductor-ferromagnet-superconductor ca element al unui bit cuantic. UFN, 1999. V.169. Nr. 8. P. 920.
• Ivanov V. A., Aminov T. G., Novotortsev V. M., Kalinnikov V. T. Spintronică și materiale spintronice. Izv. AN (Ser.chem.) Nr. 11, 2004, S.2255-2303
• Voronov V.K. , Podoplelov A.V. Fizica la începutul mileniului: stat condensat, M., LKI, 2012, ISBN 978-5-382-01365-7

• Prinz GA Transport polarizat de spin. Physics Today , 1995. Vol.48.. Nr. 4. P.353.
• Maekawa S. (Ed) Concepte în Spin Electronics, 2006

Note

1. ↑ Natalia Leskova. Silicenul magnetic - materialul electronicii viitorului // În lumea științei . - 2018. - Nr 7 . - S. 102-107 .
2. ↑ Fizicienii au creat un prototip de baterie pe spate // Membrană (site web)
3. ↑ Măsurarea și controlul electronic al transportului de spin în siliciu Arhivat 25 mai 2011 la Wayback Machine  :: Nature
4. ↑ Primul tranzistor de spin pe bază de siliciu deschide calea pentru electronicele de ultimă generație Arhivat 13 septembrie 2011 la Wayback Machine // Elements - știri științifice
5. ↑ Compania de memorie STT-RAM cu acces Grandis va dezvolta „logica non-volatilă” pentru armata americană Arhivată 25 octombrie 2020 la Wayback Machine // iXBT.com, 20 noiembrie 2010