Русская Википедия:Спинтроника
Спинтроника (спиновая электроника) — раздел квантовой электроники, занимающийся изучением спинового токопереноса (спин-поляризованного транспорта) в твердотельных устройствах, и соответствующая инженерная область. В устройствах спинтроники, в отличие от устройств обычной электроники, энергию или информацию переносит не электрический ток, а ток спинов.
Ферромагнитные гетероструктуры
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[1]
Применение
- 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).[2]
- Электронные компоненты:
- Компьютерная память типа STT-MRAM (Spin Torque Transfer MRAM), [[|en]] (Racetrack memory).
- Спиновые транзисторы, представляющие собой слоистую структуру «ферромагнетик <math>(\text{Co}_{84}\text{Fe}_{16})</math> — кремний — ферромагнетик <math>(\text{Ni}_{80}\text{Fe}_{20})</math> — 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 [3]), что позволяет управлять значением спинового тока на выходе путём изменения ориентации магнитных полей двух слоёв ферромагнетика (см. Гигантское магнитное сопротивление) [4].
- Логические схемы, потенциально обладающие, по сравнению с современными CMOS-схемами, более высоким быстродействием (время задержки сигнала менее 1 нс), более низким тепловыделением (тепловыделение вентиля 10−17 Дж) и не подверженные воздействию ионизирующих излучений.[5]
См. также
Ссылки
- Спинтроника на «Компьютерре», 2005
- Спинтроника — словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов // Роснано
- Физики из МГУ превратили золото в магнит и сделали шаг к спинтронике // РИА Новости, 5 окт 2015
- Спинтроника в выпуске т/п «Чёрные дыры. Белые пятна» (выпуск за 12 декабрь 2020)
Литература
- 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
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Физики создали прототип батареи на спинах // Мембрана (сайт)
- ↑ Electronic measurement and control of spin transport in silicon Шаблон:Wayback :: Nature
- ↑ Первый спиновый транзистор на основе кремния открывает путь к электронике нового поколения Шаблон:Wayback // Элементы - новости науки
- ↑ Компания Grandis, специализирующаяся на памяти с произвольным доступом типа Шаблон:Iw будет разрабатывать «энергонезависимую логику» для американских военных Шаблон:Wayback // iXBT.com, 20 ноября 2010
