Introducción a la espinatónica y el papel de los campos magnéticos

Los componentes de la tecnología de la ingeniería no son un sistema de control de la energía, sino un sistema de control de la energía, que es un sistema de control de la energía, que se utiliza para la tecnología de la energía, y que no es un sistema de control de la energía.

La conductividad eléctrica de un material esptrónico no es una propiedad fija. Cambia dramáticamente cuando se aplica un campo magnético externo. Esta sensibilidad surge porque el campo magnético reorienta la alineación de la columna dentro del material, lo que a su vez altera la dispersión de electrones a medida que se mueven. El cambio resultante en la resistencia - magnetoresistencia a plazo- puede ser varias órdenes de magnitud más grandes que en los metales convencionales o estados de salida.

Materiales espíntricos: Tipos, Propiedades y Transporte de la columna

Metales y aleaciones Ferrognetic

Los materiales espintrónicos más estudiados son ferromagnetes – materiales que conservan la magnetización espontánea debajo de su temperatura Curie. Los metales de transición como hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), y sus aleaciones (por ejemplo, Permalloy Ni80Fe20) son ejemplos canónicos. En estos materiales, la interacción de los estados mayoría-spintura minoría

Aleaciones ferromagnéticas más avanzadas, como los compuestos CoFeB y Heusler (por ejemplo, Co2MnSi), ofrecen una polarización de giro más alta, que alcanza el 100% en ferromagnetes mediometálicos. En medio metal, un canal de giro es completamente metálico mientras que el otro es aislante, lo que conduce a una magnetoresistencia extremadamente grande.

Materiales antiferromagnéticos

Los antiferromagnets han surgido recientemente como materiales espionaje prometedores a pesar de poseer una magnetización neta cero. En los antiferromagnets, los momentos magnéticos vecinos modifican el antiparalelo, cancelándose entre sí. Esta cancelación confiere robustez contra los campos magnéticos externos: los materiales antiferromagnéticos son, por naturaleza, insensibles a las perturbaciones moderadas.

Semiconductores magnéticos e aisladores totológicos

Semirconductores magnéticos diluidos (DMS), como (Ga, Mn)Como, anfitriones iones magnéticos (Mn) sustitucionalmente en una celosía semiconductora. Su conductividad combina comportamiento semiconductante con la división de giro dependiente del campo magnético, un fenómeno llamado efecto anomal. Aunque los materiales DMS generalmente operan a temperaturas criogénicas debido a puntos bajos de Curie, siguen siendo útiles para estudiar la carga de inyección.

Los aisladores totológicos (TIs) como Bi2Se3 y Bi2Te3 son una nueva clase de materiales donde los estados de superficie poliarizada por la columna están protegidos por simetría reversal del tiempo. Cuando se aplica un campo magnético, puede romper esta simetría y abrir una brecha en la dispersión del estado superficial, alterando dramáticamente la conductividad de la superficie.

Cómo los campos magnéticos Alter Spin Alignment y Scattering

El efecto Zeeman y la polarización de la columna

Cuando un campo magnético externo B] se aplica a un material espionaje, ejerce un par en los momentos magnéticos de los electrones, un fenómeno descrito por la interacción Zeeman. La energía de un estado de giro se vuelve proporcional a su proyección a lo largo del campo, dividiendo las poblaciones de spin-up y spin-down.

Escenificación de spin-Dependent y el modelo de dos niveles

El transporte eléctrico en metales ferromagnéticos es descrito más elegantemente por el modelo de dos corrientes, propuesto por el imán Mott. En esta imagen, los electrones de espina dorsal y desfiladero llevan la electricidad en paralelo, cada canal que tiene su propia resistencia (ρ↑ y ρ↓).

Resistencia al muro de dominio

Los campos magnéticos no sólo actúan sobre la magnetización uniforme; también influyen en la estructura y movimiento de las paredes de dominio, los límites entre regiones diferentes magnetizadas. Cuando una pared de dominio abarca un ancho comparable al electron significa camino libre, actúa como un centro de dispersión. El giro de un electrones de tracción debe girar adiabaticamente para seguir la dirección de magnetización local; los procesos no diabálicos causan dispersión de giro y resistencia adicional de dominio.

La fuerza de la magnetoresistencia clave

Magnetoresistencia gigante (GMR)

Descubrido en 1988 por Albert Fert y Peter Grünberg (Premio Nobel de Física, 2007), GMR se presenta en estructuras multicapas de fino-film compuestas de capas metálicas alternas ferromagnéticas y no magnéticas. Cuando las magnetizaciones de dos capas ferrogneticas adyacentes son paralelas, los electrones de espina dorsal pasan por toda la pila con baja resistencia al dispersión; cuando el canal espar.

El papel del campo magnético externo es cambiar la orientación de una de las capas (a menudo a través de una capa libre magnéticamente suave) manteniendo el otro marcado a través de sesgo de intercambio con un antiferromagnet. La alineación paralela o antiparalelo resultante controla directamente la resistencia general, haciendo que los dispositivos GMR sensibles sensores de campo magnético.

Tunneling Magnetoresistance (TMR)

[LTO] es el hermano cuántico-mecánico de GMR, que ocurre en un túnel magnético (MTJ): dos electrodos ferromagnéticos separados por una barrera de aislamiento ultrathin (normalmente Al2O3 o MgO). El túnel de electrones se define a través de la barrera, y la probabilidad de túnel depende de la orientación relativa de las magnetizaciones de electrodo.

Aplicar un campo magnético gira la capa libre relativa a la capa fija, cambiando el MTJ entre estados de alta y baja resistencia. Este comportamiento binario hace que los MTJ sean ideales para la memoria de acceso aleatorio no volátil (MRAM). El campo requerido para cambiar la capa libre se determina por su forma anisotropía, magnetocrystalina anisotropía, y campos de estrado de la capa avanzada de la RAM.

Más allá de la magnetoresistencia: Efectos avanzados de campo

Spin Hall Magnetoresistnce (SMR)

SMR es un fenómeno observado en bicapas que consisten en un metal pesado (p. ej., Pt, Ta, W) adyacente a un insulador magnético (p. ej., YIG). El efecto de la hilera en el metal pesado genera una corriente de giro transversal que puede ser absorbida o reflejada en la interfaz, dependiendo de la orientación de la magnetización.

Colossal Magnetoresistance (CMR)

CMR es un cambio de resistencia dramático (hasta varias órdenes de magnitud) visto en ciertos peróxidos de manganeso, como La1−xCaxMnO3. Mientras que el efecto es mucho mayor que GMR, normalmente requiere bajas temperaturas y campos magnéticos altos, limitando las aplicaciones comerciales. CMR es impulsado por el mecanismo de doble intercambio: campos magnéticos alinean los giros manganeso, mejorando la manipulación de electrones entre Mnivity+

Implications for Device Technologies

Cabezas y sensores de lectura magnética

La aplicación más penetrante de la conductividad controlada por el campo magnético en la espinatónica es la cabeza de lectura magnética. Cada unidad de disco duro fabricada hoy utiliza un sensor GMR o TMR para detectar los pequeños campos magnéticos almacenados en el disco. La resistencia del sensor cambia a medida que las transiciones de bits del disco pasan por debajo, generando una señal eléctrica que se descodifica en datos.

Memoria de acceso aleatorio magnético (MRAM)

MRAM combina la velocidad de la RAM estática con la no volatilidad de la memoria flash. Cada bit de memoria consiste en un MTJ; el campo magnético de un alambre de carga corriente cercano (MRAM de primera generación) o de la corriente de spin-polarizada (STT-MRAM) para cambiar la magnetización de capas libres. La lectura se hace midiendo la resistencia TMR.

Conceptos emergentes: Skyrmions, Spin Waves y Quantum Computing

Las transmisiones magnéticas de las secuencias de velocidades magnéticas pueden ser movidas por densidades ultra-bajos y pueden ser detectadas a través del efecto topológico del Hall. Aplicar un campo magnético externo estabiliza o desestabiliza las trazas de skyrmion, modulando la conductividad eléctrica general. Los recuerdos de las pistas de carreras basadas en el Skyrmion prometen una densidad de almacenamiento sin precedentes y eficiencia energética.

En el cálculo cuántico, los qubits de giro en puntos cuánticos o átomos donantes requieren un control de campo magnético preciso para manipular el estado de la columna. Mientras que la conductividad no es la métrica primaria aquí, los mismos materiales y principios esprótricos (por ejemplo, el cálculo de la espina dorsal electrostática) se utilizan para leer el estado qubit mediante el túnel dependiente de la columna.

Futuros Instrucciones: Materiales, Interfaces e Ingeniería de Campo

Materiales de novela: Magnetas 2D y Antiferromagnets

El descubrimiento de imanes intrínsecos bidimensionales, como CrI3, Cr2Ge2Te6, y Fe3GeTe2, ha abierto un nuevo parque infantil para estudiar interacciones de campo magnético conductividad en su límite atómico. Estos materiales muestran ferromagnetismo robusto hasta el espesor del monocapa y se pueden apilar con otros cristales 2D (grafo, nitrido de hierro forjado)

Ingeniería de interfaz y control de la eficiencia de campo

La interfaz entre un ferromagnet y un metal no magnético (o un material 2D) a menudo domina la magnetoresistencia total. Al ingeniería de la alineación de banda, introduciendo vacantes de oxígeno o capping con metales pesados, los investigadores pueden mejorar la dispersión o túnelización dependiente del espionaje. Campos eléctricos de un electrodo de puerta pueden sintonizar el acoplamiento interfacial de giro-orbito, permitiendo efectivamente el control de tensión de los enfoques magnéticos.

Fenomena de alta frecuencia y ultrarrápida

La respuesta de los materiales esptrónicos a los campos magnéticos que van por el tiempo (frecuencias de alerzo) es una frontera emergente. Los pulsos cortos de campos magnéticos intensos pueden cambiar la magnetización en los antiferromagnetes dentro de unos pocos cientos de femtoseconds, ofreciendo una ruta para escribir datos a tasas mucho más allá de la electrónica actual.

Desafíos en el aprovechamiento de los efectos magnéticos del campo

A pesar del impresionante progreso, quedan varios obstáculos. La magnitud de la magnetoresistencia en dispositivos prácticos a menudo disminuye con una temperatura creciente debido a la dispersión de la espina dorsal. Reducir la densidad de corriente de funcionamiento para la conmutación de la horca sin sacrificar la estabilidad térmica requiere un equilibrio cuidadoso de la anisotropía, amortiguación y polarización de la espina.

Conclusión

Los investigadores de la ingeniería magnética, que se utilizan para controlar la energía de los sistemas de control de los sistemas de control de los sistemas, y que son un elemento de control de los sistemas de control de los sistemas de control de los sistemas de control de los sistemas de control de los sistemas de control de los sistemas de control de los sistemas de transmisión, así como de los sistemas de control de los sistemas de control de los sistemas de transmisión de los sistemas de transmisión de los datos.

Para más información sobre la física fundamental del transporte de giro, vea la revisión por Žutić, Fabian y Das Sarma en Revisiones de Física Moderna (2004). Para una visión completa de los dispositivos GMR y TMR, el libro de texto clásico por Hirota e Imamura[imágen]