Spintronics, bir sonraki nesil teknoloji, elektronların şarjına ek olarak geri dönüşlerini sağlayan bir teknoloji, daha hızlı, daha enerji verimli elektronik cihazlar vaat ediyor. Birçok önerilen spintronics'in kalbinde, taşıyıcı dinamikleri ve kutuplaşmalı davranışı kendiliğinden bir şekilde birleştirmektedir.Bu makale, ferromanyetiklerin temel özelliklerini, bu malzemeleri nasıl etkili şekilde ortaya çıkarabilirler ve spin-polarize akımları tespit eder ve iletkenliklerinin derin bir anlayışını yaparak, taşıyıcı dinamiklerini ve kutuplaştırmayı gerektirir.

Ferromanyetik yarı iletkenler nedir?

Ferromanyetik yarı iletkenler aynı anda yarı iletken bir bant boşluğuna sahip (tipik olarak 0,5-3 eV) ve kritik bir sıcaklıkla devam edebilecek bir spontan mıknatıslama, Curie sıcaklığı ()C)[DMS)[DMS), Eutonik atomların küçük bir kısmını elektrikli alanlarda veya doping yoluyla değiştirmiş gibi (ve) diğer elektronel elektrotoksitlerin (düşün) diğer ucuna dahil eden bir özelliktir.

Ferromanyetik yarı iletkenlerin tarihi 1960'larda Europium koralcogenides ile başladı, ancak taşıyıcı-ortalama ferromagnetizmin keşfinden sonra 1990'larda ilgi arttı.[Mn][Döneticiler:0T:2)C[Döneticiler, daha sonra filmlerin varlığı hakkında 110 K'nun (pozisyon) daha fazla bilgi sahibi olduğu sonucuna vardı.

Spintronics için Anahtar Elektrik Özellikleri

Bir spintronic cihazında ferromanyetik yarıkın yararı, çeşitli bağlantılı elektrik parametrelerine eleştirel bir şekilde bağlıdır.Her mülk spin-polarized current'in nasıl üretildiği, manipüle edildiği ve tespit edildiğine dair etkiler.

Davranış ve Hareketlilik

Elektrik iletkenliği ( ⁇ = 03:0)[DÜyetim:0)[DÜyetim:2) veya [[Dönetici:0) ve taşıyıcı hareketliliği (μ) yüksek çözünürlükte ve direnç gösteren gecikmeler için arzu edilir. DMS sistemlerinde, manyetik doping genellikle geçiş merkezlerinin geçişlerini ve geçişlerini kontrol eder. Örneğin, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte kullanım noktaları kullanarak, yüksek çözünürlükte 10 cm / 10 cm / 6 ila 10 cm arası geçişler gösterir.

Carrier Concentration ve Manyetik Rol

Taşıyıcı-karlı ferromagnetism, serbest taşıyıcıların yoğunluğu doğrudan manyetik siparişin gücünü ve istikrarını kontrol eder. daha yüksek bir delik konsantrasyonu (Ga,Mn)S)[D) çünkü daha fazla taşıyıcı, zümrütücü-kürümesel olmayan bir çiftliğe katılabilir.

Spin Polarizasyon

Fermi seviyesindeki spin kutuplaşma derecesi - ([Dönetici:0)N) {FLT:2}N) / ()[Dönetici)[Dönetici:0)))-bu limitin en iyi şekilde nasıl kullanıldığı, matematiksel olmayan bir kanala enjekte edilebilir. İdeal yarı metalik polarizasyon[Dönetici seviyede% 100 kutuplaşma gösterir.

Magnetoresistance Effects

Magnetoresistance (MR) - Uygulanan bir manyetik alana yanıt olarak elektrik direncinde değişiklik - hem de sensörler ve hafıza için temel bir spin taşıma ve pratik bir etki.Bronmanyetik yarı iletkenler, MR birkaç mekanizmadan ortaya çıkabilir: anisotropic magnetoresistance (AMR), tünelsel magnetoresistance (TMR) manyetik tüneller ve dev magnetoresistance (GMR) bu sinyalleri çok katmanlı olarak da etkileyebilir.

Elektrik Özelliklerinin Arkasındaki Mekanizmalar

ferromanyetik yarı iletkenlerin elektrik davranışı, manyetik iyonlar ve şarj taşıyıcıları arasındaki mikroskobik etkileşimlerle yakından bağlantılıdır.En önemli mekanizmalar taşıyıcı aracılı değişim, dürtüsel grup oluşumu ve spin-orbit darbesi içerir.

Carrier-Mediated Ferromagnetism

DMS malzemelerde, manyetik iyonlar (örneğin, Mn2+) doğrudan çift değil çünkü 3d orbitalleri çok yerelleşmiştir. Bunun yerine, ücretsiz taşıyıcılar - Diyet ve işbirlikçiler tarafından geliştirilen varsayılan boşluklar - RKKY etkileşimi os ile mesafe, iyileştirici ferromantik hizalamalar[Döneticileri) Ortada sürekli kutuplaşma oluşturmak için yeterince yüksek.

Impurity Band

Yüksek manyetik dopant konsantrasyonlarında, dürtüsel devletler (örneğin, Mn-indüklenen kabul veya seviyeleri) valans bandı ile bir araya gelebilecek bir dürtü bandına genişletilir. Bu imkansızlık grubu, gruptan yerelleştirilmiş taşımaya geçişin azaltılması, manyetik siparişin arttırılması için kritik önem taşır.

Spin-Orbit Coupling ve Magnetotransport

Spin-orbit darbe (SOC) elektronların spin ve yörüngesel hareketini ilişkilendirir, anisotropic Magnetoresistance ve anomal Hall etkisi. By ferromanyem yarı iletkenler, SOC genellikle zayıftır (örneğin, GaAs) ama ağır elementler tarafından geliştirilebilir (Bi, Sb) veya oksit arabirimleri (örneğin, LaAlO3/SrTiO3).

Malzeme Sistemleri ve Elektrik Özellikleri

Tek ferromanyetik yarı iletkenlik oda-sıcak spintronics için tüm gereklilikleri karşılar. Farklı malzeme sistemleri, eşsiz ticaret-offlar arasında mevcuttur.).C[DD][D][/Dönetici).

III-V Dilute Manyetik Yarı iletkenler: (Ga,Mn)As

(Ga,Mn) Düşük sıcaklık (daha düşük sıcaklık) ile uyumluluk nedeniyle en yoğun olarak incelenen DMS kalırken, yüksek kutuplu yapılarla metalik kontraksiyonlar gösterir.[Döneticileri yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte) ancak yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (FLT) ile yüksek çözünürlükte (FLT)))) ile sınırlıdır.

Oksit-Based Ferromansiyonel yarı iletkenler

ZnO, TiO2 ve In2O3 gibi yüzeyler geçiş metalleri (Co, Fe, Ni) daha sonra yüksek çözünürlükte manyetik nano-parçacıklar veya ikincil aşamalar nedeniyle dikkat çektiler.[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD)[DÜDÜSÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ

Heusler Alloys ve Half-Metals

Co2MnSi ve Co2FeAl gibi tam Heusler alaşımları, yarı metalik ferromagnetler çok yüksek spin kutupizasyon ve )C)[DD)[D) Yukarıdaki oda sıcaklığında elektrik özellikleri genellikle metaliktir, bazı elektrotlar, atomik komplikeler, yarı iletkenlikli bir kanalda yarı iletkenliği ile sonuçlanır.

Achieving Room-Temperature Operasyonlarında Meydan Okunma

spintronic cihazlar için ticari olarak uygulanabilir hale gelmek için, ferromanye yarı iletkenleri ve yukarıda oda sıcaklığında çalışmalıdır. Birkaç temel engel kalır.

Curie Sıcaklık Sınırları

DMS oksit malzemeleri, [[0|DÜyetim[Üye Olmayanlar İçindekiler] [DÜye Olmayanlar İçindekiler İçindekiler, [DÜye Olmayanlar İçindekiler) [GÜye Olmayanlar İçindekiler İçindekiler)[GÜNÜye Olmayanlar İçindekiler)

Kontrollü Defects ve Homogeneity

Tanımlar – prestiistikler, vacancies, anti siteler – çift bağışçılar olarak hareket ederler ve düşük sıcaklıklarda büyürler.(Dörtüzlü)[Düzücükler, saç kurutma merkezleri ve manyetik ölü tabakalar, [Ga,Mn) Örneğin, Mn interstisaller, istenen delikleri azaltır ve aynı zamanda manyetik sınırları azaltırlar için devrilebilir.

Interface and Device Entegrasyon

Herhangi bir pratik spintronic cihazı, ferromanye yarı iletkenleri ve nonmanyetör olmayan kanallar (örneğin, GaAs, Si veya grafikene) Bu arayüzler genellikle kimyasal intermixing, şarj transferleri ve Schottky bariyerleri ile blok enjeksiyonu yapan bir kanal oluşturma gerektirir. iletkenlik yanlış bir enjeksiyonu - Schmidt tarafından kabul edilir.[Dönder:0)

Spintronics'teki uygulamalar

Zorluklara rağmen, ferromanye yarı iletkenleri birkaç anahtar spintronic bina bloğu göstermek için kullanılmıştır.

Spin Valves ve Manyetik Tünel Junctions

Bir spin valfi, nonmanter olmayan bir uzaycı tarafından ayrılmış iki ferromandan oluşur; Cihazın direnci değişiklikleri, magnetizasyonların göreceli hizasına bağlı olarak değişir. Ferroman yarı bazlı spin valfleri kullanılarak (Ga,Mn) Elektronör ve bir GaAs uzaycı açık bir mıknatıs gösterirken, etki genellikle küçüktir (<5%) due to short spin diffusion lengths. In magnetic tunnel junctions (MTJs) with a thin insulating barrier (e.g., Al₂O₃ or GaAs oxide), TMR ratios of several hundred percent have been achieved below 30 K. Such MTJs could serve as magnetic random-access memory (MRAM) cells if the ).

Spin Field-Effect Transistors

Spin alan- effect transistör (spin FET), 1990 yılında Datta ve Das tarafından önerilen, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek basınçlı taşıyıcıların spin FET'nin geri dönüşlerini (Ga,Mn) kullanarak tekrar tekrarlamalarına rağmen, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan bir kapı basıncı sağlar.

Non-Volatile Memory and Logic

MRAM'ın ötesinde, ferromanye yarı iletkenleri, çokluferromik cihazlara göre, bir elektrik alanı mıknatıslama (veya tersi) olarak bilinen bir elektrik alanı kontrolleri (veya tersi) olarak, BiFeO3, ferroelektrik ve antiferromanyetik emirleri gerçekleştirmek için çiftleştirici kullanır; nadir olmayan maddelerle doping aynı zamanda, aşırı elektriksel olmayan davranışları da ortaya çıkarabilir.

Future Yol ve Araştırma Frontiers

ferromanyetik yarı iletkenler alanı yeni malzemeler keşfi ve teorik anlayışla gelişmeye devam ediyor.

İki-Dimensional Manyetik Yarı iletkenler

Atomlu olarak ince ferromanyetik yarı iletkenlerin izolasyonu Cr2Ge2Te6, CrI3 ve Fe3GeTe2, yeni bir oyun alanı açtı. Bu van der Waals malzemeler birkaç tabakaya kadar aşırı derecede sertleştirilebilir, çünkü elektriksel özellikleri bir kapı-tamamlayıcısı ile oldukça zararlıdır:)Entrikalar [DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDTe2, manyetik siparişler) bir anahtarlamalar genellikle manyetik siparişileri ile hassas bir şekilde entegre eder

Topolojik Malzemeler ve Spin Textures

Bi2Se3 ve Sb2Te3 gibi topolojik inzatörler (TIs), manyetik boşluklarla bir araya gelmeleri, zaman zamansal bir simetriyi bozabilir, kuantum anom salonu kilitleyici ile yüzeysel olarak ortaya koyarlar, yüksek çözünürlükte neredeyse% 100 spinizasyon sunan büyük bir boşluktır.

Magnetism'in elektrik-Field Kontrolü

Uzun zamandır devam eden bir hedef, bir elektrik alanı kullanarak mıknatıslamayı, enerji dağılımını azaltmaktır. ferromanyetik yarı iletkenlerde, taşıyıcı yoğunluğu (ve böylece değişim darbesi) bir kapı gerilimi tarafından moder edilebilir, örneğin (Ga,Mn)As transistörler. Magneto-elektrik darbesi (Döneticiler) Ayrıca manyetik anotropik bir yüzey gerilimi kontrol eder.

Özet olarak, ferromanye yarı iletkenleri, yeni materyal ailelerin araştırmasını sunar - özellikle de 2D mıknatıslar ve üstolojik sistemler - gelişmiş büyüme ve karakterizasyon teknikleri ile uyumludur, bu malzemeler olgunlaşan ve yüksek kaliteli elektrik taşımalarında rollerini üst düzeye çıkarırlar.Daha fazla okuma için, özellikle de geleneksel yarı iletken elektronik elektronikler üzerinde ayrıntılı incelemeler için.[TFLTpinste)