спинтроника иначе магнетоэлектроника ; спиновая электроника (англ. spintronics или magneto electronics) — область твердотельной электроники, основанная на эффекте спинового токопереноса (спин-поляризованного транспорта).

Описание

В данной области науки и техники изучаются эффекты взаимодействия собственных магнитных моментов электронов (спинов) с электромагнитными полями и на их основе разрабатываются так называемые спинэлектронные приборы и устройства [1].

Для создания спинтронного устройства необходимо наличие двух его основных компонентов — источника спин-поляризованных электронов (т. е. источника, генерирующего электроны преимущественно одного направления спина) и принимающей системы, чувствительной к спину поляризованных электронов (спиновый детектор). Манипуляция спинами электронов в процессе транспорта между источником и детектором реализуется посредством внешнего магнитного поля или при помощи эффективных полей, вызванных спин-орбитальными взаимодействиями.

Самый простой способ генерации спин-поляризованного тока — пропускание тока через ферромагнитный материал. Типичный ГМС-прибор (прибор на основе гигантского магнетосопротивления) состоит по крайней мере из двух слоев ферромагнитного материала и разделяющего их проводящего немагнитного слоя. В том случае, если векторы намагниченности ферромагнитных слоев сонаправлены, электрическое сопротивление будет минимальным (соответственно, будет наблюдаться наибольшее значение силы протекающего тока); в случае противоположной направленности векторов намагниченности значение тока будет минимальным. На использовании этого эффекта основаны датчики магнитного поля. Следует отметить, что генерируемый ток в ГМС-приборах может протекать как перпендикулярно, так и параллельно ферромагнитным слоям. Помимо эффекта ГМС, в спинтронных устройствах могут использоваться и другие эффекты — туннельного магнетосопротивления (ТМС), когда поток электронов создается путем их квантово-механического туннелирования через тонкий слой изолятора, разделяющего ферромагнитные слои, или передачи магнитного момента (spin torque transfer), когда ток спин-поляризованных электронов используется для контроля вектора намагниченности ферромагнитных электродов прибора.

Наиболее известным и широко распространенным спинтронным устройством является накопитель на жестких дисках. В последнее время использование магнитных сенсоров на основе ГМС- и ТМС-эффектов позволило существенно повысить чувствительность считывающих головок, которые, по сути, измеряют магнитное состояние маленьких магнитных доменов (битов) на быстро вращающихся жестких дисках. Другим широко известным спинтронным устройством является магнитная оперативная память (magnetic random access memory, MRAM), в которой инжектирование поляризованных электронов реализуется с помощью квантовых магнитных туннельных переходов. В таких переходах электроны туннелируют управляемым образом между двумя ферромагнитными слоями. Каждый переход может хранить один бит информации, что позволяет создавать электронную полупроводниковую память нового типа с высокой скоростью записи и чтения, а также с высокой плотностью записи. Память такого типа обеспечивает сохранение информации при отключении питания, поскольку в основе метода лежит не электрический заряд, а магнетизм; кроме того, она не требует регенерации в процессе работы [2, 3].

Автор

  • Разумовский Алексей Сергеевич

Источники

  1. Awschalom D., Flatt´e M., Samarth N. Spintronics (Preview) // Scientific American Magazine. —www.scientificamerican.com/article.cfm?id=spintronics (дата обращения: 01.08.2010).
  2. Hoberman B. The Emergence of Practical MRAM // Crocus-technology. — http://www.crocus-technology.com/pdf/BH%20GSA%20Article.pdf (дата обращения: 01.08.2010).
  3. Жувикин Г. Спинтроника // Компьютерра. — http://offline.computerra.ru/2005/575/37385/ (дата обращения: 01.08.2010).

Напишите нам