Спинтроника (Vhnumjkuntg)

Перейти к навигации Перейти к поиску

Спинтроника (спиновая электроника) — область науки и техники, занимающаяся созданием, исследованием и применением электронных приборов (электроника), в которых спин электрона наравне с его зарядом используется для получения, обработки и передачи информации[1].

Ферромагнитные гетероструктуры

[править | править код]

К типичным системам, в которых возможны эффекты спинтроники, относятся, в частности, гетероструктуры ферромагнетик-парамагнетик или ферромагнетик-сверхпроводник.

В таких гетероструктурах источником спин-поляризованных электронов (спин-инжектором) является проводящий ферромагнетик (проводник или полупроводник), обладающий в намагниченном состоянии спонтанной, спиновой упорядоченностью носителей заряда; в ферромагнитных полупроводниках достигаются уровни спиновой поляризации значительно более высокие (до 100 %), чем в металлах (до 10 %). Во внешнем магнитном поле возможно зеемановское расщепление зоны проводимости в полупроводнике с формированием двух зеемановских энергетических подуровней. При инжекции спин-поляризованных электронов в такой полупроводник возможны управляемые переходы как на верхний, так и на нижний уровень, что даёт, в, частности, возможность создания инверсии населённости и, соответственно, генерации когерентного электромагнитного излучения с управлением частоты магнитным полем.

Другие эффекты возникают в джозефсоновских переходах с изолирующим ферромагнетиком: в этом случае возможно управление туннелированием с помощью внешнего магнитного поля.

Также возможно использование структур на основе силицена[2]

Применение

[править | править код]
  • Твердотельный аккумулятор без химических реакций, который переводит электрическую энергию в постоянное магнитное поле и обратно (то есть как бы намагничивает током постоянный магнит, а размагничивая его обратно, даёт ток — что раньше считалось невозможным на макроуровне без движущихся частей даже теоретически; однако никакого противоречия с теорией здесь нет, так как движущимися частями тока в аккумуляторе являются элементарные носители спин-поляризованного тока).[3]
  • Электронные компоненты:
    •  Компьютерная память типа STT-MRAM (Spin Torque Transfer MRAM), трековая память[англ.].
    • Спиновые транзисторы, представляющие собой слоистую структуру «ферромагнетик  — кремний — ферромагнетик  — кремний с примесями». После прохождения первого ферромагнитного слоя электрический ток приобретает спин-поляризацию, которая частично сохраняется при движении через слой кремния (лучшее значение по состоянию на 2007 год — сохранение спиновой поляризации у 37 % электронов при температуре −73 °C и толщине слоя кремния до 350 мкм[4]), что позволяет управлять значением спинового тока на выходе путём изменения ориентации магнитных полей двух слоёв ферромагнетика (см. Гигантское магнитное сопротивление) [5].
    • Логические схемы, потенциально обладающие, по сравнению с современными КМОП-схемами, более высоким быстродействием (время задержки сигнала менее 1 нс), более низким тепловыделением (тепловыделение вентиля 10−17 Дж) и не подверженные воздействию ионизирующих излучений.[6]

Литература

[править | править код]
  • Борисенко Виктор Евгеньевич, Данилюк Александр Леонидович, Мигас Дмитрий Борисович. Спинтроника : учебное пособие. — 2-е. — М.: «Лаборатория знаний», 2021. — 232 с. — ISBN 978-5-93208-558-5.
  • Рязанов В. В. Джозефсоновский π-контакт сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник как элемент квантового бита. УФН, 1999. Т.169. № 8. С.920.
  • Иванов В. А., Аминов Т. Г., Новоторцев В. М., Калинников В. Т. Спинтроника и спинтронные материалы. Изв. АН (Сер.хим.) № 11, 2004, С.2255-2303
  • Воронов В.К., Подоплелов А.В. Физика на переломе тысячелетий: конденсированное состояние, М., ЛКИ, 2012, ISBN 978-5-382-01365-7
  • Prinz G.A. Spin-polarized transport. Physics Today, 1995. Vol.48..№ 4. P.353.
  • Maekawa S. (Ed) Concepts in Spin Electronics, 2006

Примечания

[править | править код]
  1. Борисенк, Данилюк, Мигас, 2021, с. 7.
  2. Наталия Лескова. Магнитный силицен — материал электроники будущего // В мире науки. — 2018. — № 7. — С. 102-107.
  3. Физики создали прототип батареи на спинах // Мембрана (сайт)
  4. Electronic measurement and control of spin transport in silicon Архивная копия от 25 мая 2011 на Wayback Machine :: Nature
  5. Первый спиновый транзистор на основе кремния открывает путь к электронике нового поколения // Элементы - новости науки / Архивная копия от 13 сентября 2011 на Wayback Machine
  6. Компания Grandis, специализирующаяся на памяти с произвольным доступом типа STT-RAM[англ.]* будет разрабатывать «энергонезависимую логику» для американских военных Архивная копия от 25 октября 2020 на Wayback Machine // iXBT.com, 20 ноября 2010