Спинтроника Подготовил: студент группы Т 9 -67 б Иванов Д. В. 1
Содержание 1. Проблемы 2. Идея 3. История 4. Спиновая инжекция 5. Применение 6. Необходимые условия 7. Гигантское магнетосопротивление 8. Успех от IBM 9. Частная задача: спиновой транзистор 10. Литература 2
Проблемы Домашний компьютер Блок питания 500 ~ 800 ВТ Температура видеокарты 60 ~ 70 ℃ Энергопотребление кластера IBM Roadrunner - 3. 9 МВт 3
Спинтроника Основные положения спинтроники: 1. Эффективный способы поляризации спина системы 2. Время релаксации спина 3. Способы определения спина 4 Spintronics: Fundamentals and applications, Igor Zutic, Jaroslav Fabian, S. Das Sarma, 2004
История 1968 1971 Ж. Лампель Оптическая ориентация спинов электронов методом ЯМР М. И. Дьяков, В. И. Перель Предсказан эффект Холла 1976 А. Г. Аронов, Г. Е. Пикус Идея поляризации методом спиновой инжекции 1988 А. Ферт, П. Грюнберг Открытие гигантского магнетосопротивления 1990 Идея использовать электрон как кубит. Предложена схема спинового транзистора. 2007 А. Ферт, П. Грюнберг Нобелевская премия за открытие гигантского магнетосопротивления. И. Аппельбаум, Б. Хуань, Д. Монсма Создание спинового транзистора 5 Спиновые явления в полупроводниках: физика и приложения Ю. Г. Кусраев, 2010
Спиновая инжекция Проводимости 2 групп электронов с магнитными моментами, направленными параллельно и антипараллельно намагниченности различны Если рассеяние электронов проходит преимущественно без переворота спина Необходимо, чтобы время спиновой релаксации было намного больше транспортного времени 6 Спиновые явления в полупроводниках: физика и приложения Ю. Г. Кусраев, 2010
Применение Твердотельный аккумулятор без химических реакций, который переводит электрическую энергию в постоянное магнитное поле и обратно Память STT-RAM (Spin Torque Transfer RAM) Спиновые транзисторы, представляющие собой слоистую структуру «ферромагнетик — кремний — ферромагнетик» Логические схемы с низким энергопотреблением, и тепловыделением Считывающие головки для жестких дисков 7
Необходимые условия 1. Необходим источник спин поляризованных носителей (при комнатной температуре) 2. Длина диффузии спина должна быть достаточно велика 3. Время жизни спина должно быть достаточно большим 4. Возможность управлять спиновым состоянием при помощи внешних полей, в особенности электрического 8 Спиновые явления в полупроводниках: физика и приложения Ю. Г. Кусраев, 2010
Гигантское магнетоспротивление Альбер Ферт и Петер Грюнберг независимо друга 1988 год Нобелевская премия по физике 2007 R(0) – сопротвление образца в отсутствии магнитного поля R(H) – сопротвление образца в поле, напряженностью H Основная сфера применения эффекта — датчики магнитного поля, используемые для считывания информации в жёстких дисках, биосенсорах, устройствах МЭМС и др. Позднее было открыто Туннельное магнетосопротивление, в нем вместо немагнитного металла используется слой изолирующего туннельного барьера 2007 гигантское магнетосопротивление туннельное магнетосопротивление 9
Успех от IBM Ученые из IBM Research и ETH Zurich получили изображения формирования стабильной спиновой спирали в полупроводнике. Причиной синхронного движения спинов является спин-орбитальное взаимодействие Экспериментальный полупроводниковый образец был изготовлен на основе арсенида галлия (Ga. As) Исследовательская работа проводилась при температуре 40 градусов Кельвина 10 Прорыв в спинтронике, 2012, Блог компании IBM, habrahabr. ru/company/ibm/blog/151487/
Спиновой транзистор Группе во главе с Ианом Аппельбаумом удалось передать спин-электронный ток на дистанцию в 350 мкм Слева: Иан Аппельбаум и Бикинь Хуань (на заднем плане) Справа: кремниевый спиновый чип, содержащий более десятка спиновых транзисторов. 11 Physical Review Letters 99, Biqin Huang, Douwe J. Monsma, Ian Appelbaum 177209 (2007)
Как работает спиновой транзистор Методика экспериментов: 1. Слоистая структура «Ферромагнетик – чистый кремний – ферромагнетик – кремний с примесями» 2. К каждому слою прикладывается специально подобраное напряжение, управляющее течение электронов 3. Поток электронов, после прохождения ферромагнетического слоя поляризуется 4. Кремниевая прослойка позволяет электронам пройти достаточно большое расстояние 12 Physical Review Letters 99, Biqin Huang, Douwe J. Monsma, Ian Appelbaum 177209 (2007)
Как работает спиновой транзистор ч. 2 b — схема работы c — зонная диаграмма его компонентов. При постоянном напряжении на эмиттере Ve измерялся «первый коллекторный ток» Ic 1 на Ni. Fe-контакте и «второй коллекторный ток» Ic 2 на индиевом контакте, осажденном на кремниевой подложке n-типа. 13 Physical Review Letters 99, Biqin Huang, Douwe J. Monsma, Ian Appelbaum 177209 (2007)
Как работает спиновой транзистор ч. 3 Механизм работы инжектора и детектора a — слои Co 84 Fe 16 и Ni 80 Fe 20 намагничены параллельно b — антипараллельно (emmiter — источник тока, F — первый и второй ферромагнитные слои соответственно, silicon — кремниевая прослойка, collector — приемник спинового тока) 14 Рис. с сайта noorderlicht. vpro. nl
Перспективы Квантовые вычисления Гибридные устройства, играющие роль как логики, так и памяти Спиновая память Спиновые транзисторы 15
Список литературы 1. Спиновые явления в полупроводниках: физика и приложения. Кусраев Ю. Г. Научная сессия отделения физических наук, РАН, 3 февраля 2010 г. 2. Spintronics: Fundamentals and applications, Igor Zutic, Jaroslav Fabian, S. Das Sarma Reviews of modern Physics, volume 76, april 2004 3. Coherent spin transport through a 350 micron thick silicon wafer B. Huang, D. J. Monsma, I. Appelbaum Physical Review Letters 99, 177209 (2007) 4. Спинтроника https: //ru. wikipedia. org/wiki/Спинтроника 5. Прорыв в спинтронике Блог компании IBM, 2012, http: //habrahabr. ru/company/ibm/blog/151487/ 16
Спасибо за внимание!
Скачать презентацию Спинтроника Подготовил студент группы Т 9 -67 б
Презентация_спинтроника.ppt