Spintronics'e ve Manyetik Alanların Rolü

Spintronics, “spin taşıyıcı elektronik” bir sözleşme, geleneksel şarj bazlı elektroniklerin ötesinde bir paradigma değişikliği temsil eder.Sadece elektron şarjına ve proses bilgilerine güvenmek yerine, spintronic cihazlar elektronun incelal hızını kullanır - spin-enerji-vergi-ve-parçalı bir serbest spin sistemi işlemine göre, bu iki devletli kuantum mülk (spin-up veya spin-down) bu manyetik alanların sadece sabitliği ile ilgili olarak algılanabilir ve daha hızlı, daha verimli ve daha hızlı bir şekilde, daha fazla enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-enerji-

Bir spintronic malzemenin elektrik iletkenliği sabit bir özellik değildir. Dış manyetik alandan veya yarı iletkenlerden daha büyük bir boyut haline geldiğinde, mühendisler yüksek hacimli ve düşük maliyetli sistemlerde elektronların nasıl değiştiğini yeniden yönlendirebilirler.Bu makale, manyetik alanın tam olarak kontrol ettiği manyetik alanın temel parametrelerin ve düşük boyutlu parametrelerin nasıl kontrol edilmesiyle, manyetik alanların nasıl genişletilebilir.

Spintronic Malzemeler: Tipler, Özellikler ve Spin Transport

Ferroman Metals ve Alloys

Enfek olarak incelenen spintronic malzemeler ferromagnetler - bu malzemeler altında spontane manyaklamaları koruyan para birimleri (Fe), kobalt (Co), nikel (Ni), ve alaşımları (örneğin, Permalloy Ni80Fe20), bu kutuplaşmadaki iki kutuplu motorda, sadece manyetik alan olarak daha büyük ölçüde azalırken, farklı şekillerdeki farklı şekillerdeki farklı şekillerdeki değişimlere yol açıyor.

CoFeB ve Heusler bileşikleri gibi daha gelişmiş ferromanye alaşımları (örneğin, Co2MnSi), bu tür davranışı elde etmek için daha yüksek bir kutuplaşma sunar - kompozisyon, güç ve arayüz kalitesi ile ayarlanabilir% 100.

Antiferromanya Malzemeleri

Antiferromagnetler son zamanlarda sıfır net mıknatıslamalara rağmen umut verici spintronic malzemeler olarak ortaya çıktı. Ancak, antiferromagnetler, komşu manyetik anlar birbirlerine uyum sağlar, dış manyetik alanlara karşı sağlamlığı iptal eder -antiferromanya materyaliler, doğa tarafından, orta perturbasyonlara karşı hassastır. Ancak, son on yılda araştırma, antiferromagnetler hala büyük spin-transport etkiler sergileyebilirler.

Manyetik yarı iletkenler ve Topolojikörler

Dile dayalı manyetik yarı iletkenler (DMS), örneğin (Ga,Mn) Düşük Curie puanları nedeniyle, subjeal olarak yarı iletken bir ortamdaki davranışı birleştirir.

Bi2Se3 ve Bi2Te3 gibi topolojik insülatörler (TIs), spin-polarize yüzey devletlerinin zamansal simetri tarafından korunduğu yeni bir materyal sınıfıdır. Manyetik alan uygulandığında, bu simetriyi kırabilir ve yüzeysel dağılımında bir boşluk açabilir, dramatik şekilde dönüşümlü yüzey iletkenliği ile değiştirilebilir.

Manyetik Alanlar Nasıl Bir Şekilde Birleşiyor ve Scattering

Zeeman Etkisi ve Spin Polarizasyon

Dış manyetik bir alan:0)B) bir spintronic materyaline uygulanır, manyetik elektron anlarında bir tork kullanır - Zeeman etkileşimi tarafından açıklanan bir fenomen, bir spin seviyesi boyunca projeksiyonuna doğru orantılı olarak etkiler, böylece malzemenin kutuplu bir şekilde değiştirilmesine yol açar: daha fazla elektronlar, alana daha düşük enerjili spin durumunu genişletir.

Spin-Dependent Scattering ve Two-Current Model

Demirel metallerde elektrik taşıma, iki değişken model tarafından en şık şekilde tarif edilir, ilk olarak Mott. tarafından önerilen, spin-up ve spin-down elektronlar paralel olarak elektrik yapar, her kanal kendi direnç ( ⁇ ve ⁇ ).Bu iki kanal, magnetizasyon ile aynı anda arasındaki farkları birleştirir (ve böylece 3 kanaldan oluşan)

Domain Wall Direnişi

Manyetik alanlar sadece üniformalı mıknatıslama üzerinde hareket etmiyorlar; ayrıca bir traversing elektronun yapısını ve hareket alanını da etkiliyorlar - farklı mıknatıslanmış bölgeler arasındaki sınırlar.Bir alan duvarı, elektronla karşılaştırılabilir bir genişlikte veya genişleyen bir alan duvarları anlamına geldiğinde, onları hareket ettirebilir veya genişletebilir (köpek-kanıtlama) veya tamamen boş yere geri çekilmek için geri dönüşler.

Key Magnetoresistance Phenomena

Dev Magnetoresistance (GMR)

1988 yılında Albert Fert ve Peter Grünberg tarafından keşfedildi (Fizikde Nobel Ödülü, 2007), GMR çok katmanlı ince film yapıları, yüksek elektromanyetik olmayan direnç katmanlarından birinde yüksek miktardaki farklar yaratıyor. İki bitişik ferromanya tabakalarının mıknatıslanması paralel olduğunda, spin-up elektronları düşük saç telleri ile tüm yığını geçer; her spin kanalı, yüksek yoğunlukta kullanılan tabakaların her bir kısmında yüksek miktardaki yüksek yoğunlukta yüksek miktardaki yüksek oranda azalır.

Dış manyetik alanın rolü, doğrudan genel direnişi kontrol etmek, GMR cihazlarının hassas manyetik-tavıllı bir yumuşak serbest tabakaya kadar) diğer pin difüzyon uzunluğu ile değişim önyargısını tutmakta ve bu da şaşırtıcı derecede uzun süre boyunca şaşırtıcı derecede uzun süre boyunca yüksek çözünürlükte olacaktır.

Tünel Magnetoresistance (TMR)

TMR, GMR'nin kuantum mekaniksel siblingi, manyetik bir tünelin kesişiminde meydana gelen bir elektrotoksit elektromanyasal elektromanyatik elektrotlar (MTJ): Argorasyonların paralel olduğu zaman, aynı spin durumların her iki tarafta da mevcuttur; antiparalel sırasında, iletkenlik düşüktü.

Bir manyetik alan, pinlenmiş tabakaya göre ücretsiz tabakayı döndürür, yüksek çözünürlükte ve düşük seviyeli devletler arasında MTJ'yi değiştirir.Bu ikili davranış, MTJ'leri olmayan manyetik hafıza (MRAM) ile elde edilir ve dış manyetik alan ile belirlenir, ancak okuma alanı hala TMR'ye ait bir mıknatıslı tabakanın işlevi olarak bağlıdır.

Magnetoresistance'ın Ötesinde: Gelişmiş Alan Etkileri

Spin Hall Magnetoresistance (SMR)

SMR, ağır metaldeki spin Hall etkisi altında, manyetik tabakaya bağlı olarak, manyetik bir yüzeysel geçişe bağlı olarak, yüksek metaldeki elektrik direncini kullanarak, güçlü bir şekilde yanlıştır.

Colossal Magnetoresistance (CMR)

CMR, GMR'den çok daha büyük olsa da, düşük sıcaklıklar ve yüksek manyetik alanlar, çift değişim mekanizmasıyla CMR'ler tarafından yönlendirilir: manyetik alanlar manganez spinleri hizaladı, Mn3 + ve Mn4+ iyonları arasında umut verici bir alan haline getiriyor, böylece direnç azaltır.

Cihaz Teknolojileri için Implikasyonlar

Manyetik Oku Heads and Sensörs

Manyetik alanın en yaygın uygulaması – spintronics'teki kontrollü iletkenlik, veriye kodlanmış olan bir elektrik sinyalidir. Bugün üretilen her sert disk cihazı, disk üzerinde depolanan küçük manyetik alanları tespit etmek için bir GMR veya TMR sensörü kullanır. Sensörin direnci değişikliklerinin ötesinde, aynı ilkelerde inşa edilen manyetik alan sensörlerin yanı sıra, manyetik alan sensörlerin değerlendirilmesi, biyoparçalı algılama için yüksek hassasiyetleri kullanır.

Manyetik Random Access Memory (MRAM)

MRAM, statik RAM'ın hızını flaş belleğinin kötüleştirilmesiyle birleştirir. Her hafıza bir MTJ'den oluşur; yakın zamanda bulunan bir manyetik alan (ilk nesil MRAM) veya spin-polarized current itself (STT-MRAM) serbest katmanlı mıknatıslama için yapılır.

Gelişen Kavramlar: Skyrmions, Spin Waves ve Kuantum Hesaplamaları

Manyetik göktaşı –topolojik olarak korunan spin dokuları – ultra-düşük akım yoğunluklar tarafından taşınılabilir ve üstolojik Hall etkisi ile tespit edilebilir. Dış manyetik alan stabilizasyonun veya de-stabilizes skyrmion lattices, magnon dağılımını güçlendirin, spin dalgalarının nasıl yayıldığını ve enerji verimliliğinin nasıl etkileneceğini etkileyebilmesi için. benzer şekilde, magnonik cihazlar spin dalgalarını (kırıklama) kullanır.

kuantum bilişimde, kuantum dotlarda veya donör atomlarda spin durumunu manipüle etmek için kesin manyetik alan kontrolü gerektirir.In kuantum hesaplamasında, aynı spintronic malzemeler ve ilkeler (örneğin, elektrostatik spin gating) spin-bağımlı tünel ile ilgili olarak kullanılır. Manyetik alanlar ve elektrik taşıma arasındaki etkileşim pratik kuantum bilgi işlemenin temel bir temel taşıdır.

Future: Malzemeler, Interfaces ve Field Engineering

Roman Malzemeler: 2D Magnets ve Antiferromagnets

Atomik iki boyutlu mıknatısların keşfi, CrI3, Cr2Ge2Te6 ve Fe3GeTe2 gibi, manyetik alan-kondüktörleri incelemek için yeni bir oyun alanı açtı.Bu malzemeler, 2D MTJ'lere karşı daha önce gelen hassaslığı etkilerle karşılaştırıldığında, manyetik rezonanslar ve amplifikler ile yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan manyetik rezonansa maruz kalıyor.

Interface Engineering and Field-Effect Control

Bir ferromagnet ve nonmanyetik olmayan metal (veya 2D malzeme) arasındaki arayüz genellikle tüm magnetoreistliği ele alır.Tükleerli bölmenin mühendislikte, oksijen vazolarını tanıtarak veya ağır metallerle kapamayabilir, araştırmacılar her iki elektrik ve manyetik işbirliğini güçlendirebilir.

Yüksek çözünürlük ve Ultrafast Phenomena

Spintronic materyallerin zaman-varying manyetik alanların cevabı (terahertz frekansları) ortaya çıkan bir sınırdır. Yoğun manyetik alanların kısa pulsiyonları antiferojikler içinde birkaç yüz Femims içinde, bir rotayı mevcut elektronikteki verileri yazmak için sunar.

Harnessing Manyetik Alan Etkileri

Etkileyici ilerlemeye rağmen, birkaç engel kalır. Pratik cihazlarda manyeksiyonun büyüklüğü genellikle CMOSry prosesleri ile artan sıcaklık azaltılır.Mevcut yoğunlukları azaltmak için işletimsel geçişleri azaltmak, ısıtımı yapmadan hıza düşürür ve kutuplaşmaya neden olabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Manyetik alanların spintronic materyallerin elektrik iletkenliği üzerindeki etkisi, dış alanlarda dönüştürücü bir etkidir.Rektöre geçişe, yüzeysel olmayan hafızaya izin veren, daha derin bir elektriksel olmayan mekanizmaların anlaşılmasına yol açan, spin-polarized elektron taşıma yeteneğinin elektronik alanda dönüştürücü bir kuvvet olması gerekir.

[FONT:0) Daha fazla spin taşımanın temel fizikleri hakkında okuma için, Žitić, Fabian ve Das Sarma inETHFLT:1)Reviews of Modern Physics (2004)).In a comprehensive overview of GMR and TMR devices, klasik ders kitabı Žižek tarafından [FLT: 4 )