Spintronics (ein Handkoffer, der "Drehungstransportelektronik" bedeutet), auch bekannt als magnetoelectronics, ist eine erscheinende Technologie, die sowohl die innere Drehung des Elektrons als auch sein verbundener magnetischer Moment zusätzlich zu seiner grundsätzlichen elektronischen Anklage in Halbleitergeräten ausnutzt.

Geschichte

Spintronics ist aus Entdeckungen in den 1980er Jahren bezüglich von der Drehung abhängiger Elektrontransportphänomene in Halbleitergeräten erschienen. Das schließt die Beobachtung der Drehungspolarisierten Elektroneinspritzung von einem eisenmagnetischen Metall bis ein normales Metall durch Johnson und Silsbee (1985), und die Entdeckung des Riesen magnetoresistance unabhängig durch Albert Fertet al. und Peter Grünberg ein u. a. (1988). Die Ursprünge von spintronics können zurück noch weiter zum Ferromagnet/Supraleiter tunneling Experimente verfolgt werden, die von Meservey und Tedrow und anfänglichen Experimenten auf magnetischen Tunnel-Verbindungspunkten von Julliere in den 1970er Jahren den Weg gebahnt sind. Der Gebrauch von Halbleitern für spintronics kann zurück mindestens so weit der theoretische Vorschlag eines DrehungsfeldWirkungstransistors von Datta und Das 1990 verfolgt werden.

Theorie

Die Drehung des Elektrons ist ein winkeliger Schwung, der zum Elektron inner ist, das vom winkeligen Schwung wegen seiner Augenhöhlenbewegung getrennt ist. Die Drehung des Elektrons ist, andeutend, dass das Elektron als Fermion durch den Drehungsstatistik-Lehrsatz handelt. Wie winkeliger Augenhöhlenschwung hat die Drehung einen verbundenen magnetischen Moment, dessen Umfang als ausgedrückt wird

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In einem Festkörper kann die Drehung von vielen Elektronen handeln

zusammen, die magnetischen und elektronischen Eigenschaften eines Materials zu betreffen, zum Beispiel ein Material mit einem dauerhaften magnetischen Moment als in einem Ferromagnet dotierend.

In vielen Materialien sind Elektrondrehungen ebenso sowohl in als auch in unten Staat da, und keine Transporteigenschaften sind von der Drehung abhängig. Ein spintronic Gerät verlangt eine Methode, eine Drehungspolarisierte Bevölkerung von Elektronen zu erzeugen oder zu manipulieren, bedeutend, dass es ein Übermaß an der Drehung oder Drehung unten Elektronen gibt. Die Polarisation jedes Drehungsabhängiger-Eigentums X kann als geschrieben werden

:.

Eine Nettodrehungspolarisation kann irgendein durch das Schaffen einer Gleichgewicht-Energie erreicht werden, die sich zwischen Drehung und Drehung unten wie das Stellen eines Materials in einem großen magnetischen Feld (Wirkung von Zeeman) oder die Austauschenergiegegenwart in einem Ferromagnet aufspaltet; oder das Zwingen des Systems aus dem Gleichgewicht. Die Zeitspanne, dass solch eine Nichtgleichgewicht-Bevölkerung unterstützt werden kann, ist als die Drehungslebenszeit bekannt. In einem sich verbreitenden Leiter kann eine Drehungsverbreitungslänge auch als die Entfernung definiert werden, über die sich eine Nichtgleichgewicht-Drehungsbevölkerung fortpflanzen kann. Drehungslebenszeiten von Leitungselektronen in Metallen sind (normalerweise weniger als 1 Nanosekunde) relativ kurz, und sehr viel Forschung im Feld wird dem Verlängern dieser Lebenszeit zu technologisch relevanten Zeitskalen gewidmet.

Es gibt viele Mechanismen des Zerfalls für die polarisierte Bevölkerung einer Drehung, aber sie können als das Drehungsflip-Zerstreuen und die Drehung dephasing weit gehend klassifiziert werden. Das Drehungsflip-Zerstreuen ist ein Prozess innerhalb eines Festkörpers, der Drehung nicht erhält, und deshalb eine eingehende Drehung senden kann, setzen in eine aus dem Amt scheiden Drehung fest unten setzen fest. Drehung dephasing ist wenn eine Bevölkerung von Elektronen mit einem allgemeinen Drehungsstaat, precess an verschiedenen Raten, den allgemeinen Drehungsstaat mit der Zeit verlierend. In beschränkten Strukturen, spinnen Sie dephasing kann unterdrückt werden, führend, um Lebenszeiten von Millisekunden in Halbleiter-Quant-Punkten bei niedrigen Temperaturen zu spinnen.

Indem

sie neue Materialien und Zerfall-Mechanismen studieren, hoffen Forscher, die Leistung von praktischen Geräten zu verbessern sowie grundsätzlichere Probleme in der kondensierten Sache-Physik zu studieren.

Metallbasierte spintronic Geräte

Die einfachste Methode, einen Drehungspolarisierten Strom in einem Metall zu erzeugen, soll den Strom durch ein eisenmagnetisches Material passieren. Die allgemeinste Anwendung dieser Wirkung ist ein Riese magnetoresistance (GMR) Gerät. Ein typisches GMR Gerät besteht aus mindestens zwei Schichten von eisenmagnetischen durch eine Distanzscheibe-Schicht getrennten Materialien. Wenn die zwei Magnetisierungsvektoren der eisenmagnetischen Schichten ausgerichtet werden, wird der elektrische Widerstand niedriger sein (so fließt ein höherer Strom an der unveränderlichen Stromspannung), als wenn die eisenmagnetischen Schichten antiausgerichtet werden. Das setzt einen magnetischen Feldsensor ein.

Zwei Varianten von GMR sind in Geräten angewandt worden: (1) Strom-in-stufig (CIP), wohin der elektrische Strom Parallele zu den Schichten und (2) aktuelle Senkrechte zum stufigen (CPP) überflutet, wohin der elektrische Strom in einer Richtungssenkrechte in die Schichten fließt.

Andere metallbasierte spintronics Geräte:

• Tunnel Magnetoresistance (TMR), wo CPP-Transport durch das Verwenden mit dem Quant mechanischen tunneling von Elektronen durch einen dünnen Isolator erreicht wird, der eisenmagnetische Schichten trennt.
• Drehungsdrehmoment-Übertragung, wo ein Strom von Drehungspolarisierten Elektronen verwendet wird, um die Magnetisierungsrichtung von eisenmagnetischen Elektroden im Gerät zu kontrollieren.

Anwendungen

Gelesene Köpfe von modernen Festplatten basieren auf dem GMR oder der TMR Wirkung.

Motorola hat eine 1. Generation 256-Kilobyte-MRAM entwickelt, der auf einem einzelnen magnetischen Tunnel-Verbindungspunkt und einem einzelnen Transistor gestützt ist, und der einen Lesen/Schreiben-Zyklus von weniger als 50 Nanosekunden hat (Everspin, das Nebenprodukt von Motorola, hat eine 4 Version von Mbit seitdem entwickelt). Es gibt zwei 2. Generation MRAM Techniken zurzeit in der Entwicklung: Thermal Assisted Switching (TAS), die durch die Krokus-Technologie und Spin Torque Transfer (STT) entwickelt wird, an der Krokus, Hynix, IBM und mehrere andere Gesellschaften arbeiten.

Ein anderes Design in der Entwicklung, genannt Rennbahn-Gedächtnis, verschlüsselt Information in der Richtung auf die Magnetisierung zwischen Bereichswänden einer eisenmagnetischen Metallleitung.

Es gibt Magnetische Sensoren mit der GMR Wirkung.

Halbleiter-basierte spintronic Geräte

Eisenmagnetische Halbleiter-Quellen (wie Mangan-lackiertes Gallium arsenide GaMnAs), vergrößern Sie den Schnittstelle-Widerstand mit einer Tunnel-Barriere oder das Verwenden der Heiß-Elektroneinspritzung.

Die Drehungsentdeckung in Halbleitern ist eine andere Herausforderung, die mit den folgenden Techniken entsprochen worden ist:

• Faraday/Kerr Folge dessen hat Fotonen übersandt/widerspiegelt
• Kreisförmige Polarisationsanalyse der Elektrolumineszenz
• Nichtlokale Drehungsklappe (angepasst von Johnson und der Arbeit von Silsbee mit Metallen)
• Ballistische Drehung, die durchscheint

Die letzte Technik wurde verwendet, um den Mangel an der Drehungsbahn-Wechselwirkung und den Material-Problemen zu überwinden, um Drehungstransport in Silikon, dem wichtigsten Halbleiter für die Elektronik zu erreichen.

Weil magnetische Außenfelder (und Streufelder von magnetischen Kontakten) große Saal-Effekten und magnetoresistance in Halbleitern verursachen können (die Drehungsklappe-Effekten nachahmen), sind die einzigen abschließenden Beweise des Drehungstransports in Halbleitern Demonstration der Drehungsvorzession und dephasing in einem magnetischen Feld non-collinear zur eingespritzten Drehungsorientierung. Das wird die Wirkung von Hanle genannt.

Anwendungen

Anwendungen wie Halbleiter-Laser mit der Drehungspolarisierten elektrischen Einspritzung haben die aktuelle Schwellenverminderung und kontrollierbare kreisförmig polarisierte zusammenhängende leichte Produktion gezeigt. Zukünftige Anwendungen können einen Drehungsbasierten Transistor einschließen, der im Vorteil gegenüber MOSFET Geräten wie steilerer Subschwellenhang ist.

Magnetischer Tunnel-Transistor: Der magnetische Tunnel-Transistor mit einer einzelnen Grundschicht, durch den Kombi Dijkenet al. und Jiang u. a., hat die folgenden Terminals:

• Emiter (FM1): Es spritzt Drehungspolarisierte heiße Elektronen in die Basis ein.
• Basis (FM2): Das von der Drehung abhängige Zerstreuen findet in der Basis statt. Es dient auch als ein Drehungsfilter.
• Sammler (GaAs): Eine Schottky Barriere wird an der Schnittstelle gebildet. Diese Sammler-Gebiete sammeln nur Elektronen, wenn sie genug Energie haben, die Barriere von Schottky zu überwinden, und wenn es im Halbleiter verfügbare Staaten gibt.

Der magnetocurrent (Festordner) wird als gegeben:

:

Und das Übertragungsverhältnis (TR) ist

:

MTT verspricht einer hoch Drehungspolarisierten Elektronquelle bei der Raumtemperatur.

Siehe auch

• Magnonics
• Drehung, die pumpt
• Drehungsübertragung
• Spinhenge@Home
• Spinplasmonics
• Liste von erscheinenden Technologien

Weiterführende Literatur

• "Einführung in Spintronics". Marc Cahay, Supriyo Bandyopadhyay, CRC Presse, internationale Standardbuchnummer 0-8493-3133-1
• Ultraschnelle Manipulation der Elektrondrehungskohärenz. J. A. Gupta, R. Knobel, N. Samarth und D. D. Awschalom in der Wissenschaft, Vol. 292, Seiten 2458-2461; am 29. Juni 2001.
• Spintronics: Eine Vision von Spin-Based Electronics für die Zukunft. S. A. Wolf u. a. Wissenschaft 294, 1488-1495 (2001)
• Wie man einen Drehungsstrom Schafft. P. Sharma, Wissenschaft 307, 531-533 (2005)
• Suchen Sie Google Gelehrten für hoch zitierte Artikel mit der Abfrage: Spintronics ODER magnetoelectronics ODER "Drehung haben Elektronik" gestützt
• "Elektronmanipulations- und Drehungsstrom". D. Grinevich. 3. Ausgabe, 2003. *
• Halbleiter Spintronics. J. Fabian, A. Matos-Abiague, C. Ertler, P. Stano und ich. Žutić, Acta Phys. Slovaca 57, 565-907 (2007)
• Spintronics: Grundlagen und Anwendungen. Ich. Žutić, J. Fabian, und S. Das Sarma, Hochwürdiger. Mod. Phys. 76, 323-410 (2004)

Links

• Portal von Spintronics mit Nachrichten und Mitteln
• RaceTrack:InformationWeek (am 11. April 2008)
• Forschung von Spintronics nimmt GaAs ins Visier.
• Spintronics in der Universität des SUNY Albanys der Nanoscale Wissenschaft und Technik

• IBM, 'um spintronics' zu verwenden, um Computerspeicherkapazität (am 12. April 2008) zu vergrößern
• Halbleiter spintronics Laboratorium an der Universität Marylands
• Spintronics Tutorenkurs
• Der Vortrag auf der Drehung transportiert durch S. Datta (vom Transistor von Datta Das) teiligen 1 und Teil 2