Elektron spinlari: „yuqoriga" va „pastga"

SPINTRONIKA
Spinli elektronika yoki spintronika — zamonaviy fizikaning yetarlicha yosh sohasi boʻlib, kelajakda juda katta amaliy ahamiyatga ega boʻlishi kutilmoq-da. Uning anʼanaviy elektronikadan asosiy farqi shundaki, odatiy elektr tokida zaryadlangan zarralar harakatlanadi. Spinli elektronikada esa faqatgina elektronlarning spinlari harakatlanadi.
Spin (xususiy harakat miqdori momenti) — elektronning ichki xarakteristikasi boʻlib, kvant xususiyatiga ega. Spin qiymati elektronning harakatiga bogʻliq emas. Elektron spini quyidagi ikki qiymatlardan faqat bittasini qabul qilishi mumkin: „spin-yuqoriga“ (modda magnitlanganlik yoʻnalishi bilan spin yoʻnalishi mos kelganda) yoki „spin-pastga“ (magnitlanganlik hamda spin yoʻnalishlari qarama-qarshi boʻlganda).
Elektronning „aylanishi“ hamda uning yuqoriga yoki pastga orientatsiyalanishi kodlashda ishlatiladi. Yaʼni spini yuqoriga yoʻnalgan elektronni mantiqiy „1“, spini pastga yoʻnalgan elektronni mantiqiy „0“ deb qabul qilishga kelishilgan.

Elektron spinlari: „yuqoriga“ va „pastga“
Oxirgi oʻn-oʻn besh yillar ichida kremniydan ishlangan protsessorlar oʻzlarining mumkin boʻlgan eng yuqori chegaralariga yetib keldilar. Bundan ortigʻiga ularning fizik imkoniyatlari dosh bermaydi (oʻta yuqori chastotada juda qattiq qizib ketish yuz berishi mumkin). Shu sababli olimlar va tadqiqotchilar yangi avlod qurilmalarini yaratishga harakat qilmoqdalar. Ushbu yangi avlod qurilmalari kamroq energiya isteʼmol qilishi hamda qizib ketmasligi kerak.
Spintronik qurilmalarda esa spin aylanishi amalda hech qanday energiya talab qilmaydi, operatsiyalar oraligʻida esa qurilma taʼminot manbaidan uzib qoʻyilishi mumkin. Natijada esa, deyarli issiqlik ajralib chiqmaydi.
Spintronikaning vujudga kelishi va ish prinsipiTahrirlash
Spintronika oʻtgan asrning 80-yillarida, qattiq jismli elektron qurilmalarda elektronlar koʻchishining spinga bogʻlangan xususiyatlarini oʻrganish paytida yuzaga kelgan. Bunday tadqiqotlar sirasiga Jonson va Silbining 1985-yilda, ferromagnit metalldan normal metallga elektronlarni injeksiyalash ustida oʻtkazgan tajribalari, Albert Fert hamda Piter Gryunberg tomonidan gigant magnit qarshiligining kashf qilinishi (1988) kabilarni aytish mumkin [1].
Shundan soʻng ferromagnetik, oʻta oʻtkazuvchan moddalarda magnit tunnel oʻtishlarini oʻrganish boʻyicha tadqiqotlar olib borildi. Yarimoʻtkazgich moddalardan spintronikada foydalanish 1990-yilda Datt hamda Das tomonidan spinli maydoniy tranzistorlar yaratish haqidagi gipotezasidan soʻng boshlandi.
IBM tadqiqotchilari elektron spinlarning sinxron vals tasvirini olish uchun vaqt bo'yicha aniqlangan skanerlash mikroskop texnikasidan foydalanganlar. Elektronlar spinlarining aylanishini sinxronlashtirish ularning harakatlanishini 10 mikrondan ortiq (millimetrning yuzdan bir qismi) masofani kuzatish imkonini berdi, bu esa energiyani iste'mol qilish nuqtai nazaridan tez va tejamkor bo'lgan mantiqiy operatsiyalarni qayta ishlash uchun spinadan foydalanish imkoniyatini oshirdi. ­ Spinlarning sinxron harakatlanishining sababi spin-orbitali o'zaro ta'sir deb ataladi, bu spinni elektron harakati bilan bog'laydigan jismoniy mexanizm. Eksperimental yarimo'tkazgich namunasi galliy arsenididan (GaAs) ETH Tsyurix olimlari tomonidan olingan. Gallium arsenidi, III / V guruh yarimo'tkazgich, integral mikrosxemalar, infraqizil LEDlar va yuqori samarali quyosh batareyalari kabi qurilmalarni ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. Spin elektronikani laboratoriyadan bozorga olib chiqish juda qiyin bo'lib qolmoqda. Bugungi tadqiqotlar juda past haroratlarda olib boriladi, bunda elektronlarning spinlari atrof-muhit bilan minimal darajada ta'sir o'tkazadi. Xususan, bu erda tasvirlangan tadqiqot ishlari IBM olimlari tomonidan Kelvinning 40 darajasida (-233 Tselsiy bo'yicha yoki -387 Farengeytda) olib borildi. Ammo, har qanday holatda ham, yangi kashfiyot yarimo'tkazgichli qurilmalardagi magnit "zaryadlar" ning harakatini boshqarish imkoniyatini beradi va kichik o'lchamdagi va energiya tejaydigan elektronika yaratish uchun yangi imkoniyatlar va istiqbollarni ochib beradi. Spintronika - bu zamonaviy mikroelektronika duch keladigan muammolarni hal qilish uchun yaqin kelajakda ishlab chiqilgan eng jadal rivojlanayotgan ilmiy-texnik yo'nalishlardan biri. "Spintronika" atamasi birinchi marta 1998 yilda Bell Laboratories va Yel universiteti (AQSh) o'rtasidagi qo'shma aloqada paydo bo'ldi, bu ma'lumotlar elektronlarning spinlari bilan kodlanadigan moddalarning atomlarida saqlaydigan qurilmalarni yaratish muammosini ishlab chiqdi. Shunday qilib, ularning ta'rifiga ko'ra, spintronika - bu elektron zaryadidan tashqari, uning spinasi ma'lumotlarning fizikaviy namoyishi uchun ishlatiladigan qurilmalarni yaratishga qaratilgan ilmiy-texnik yo'nalish. Boshqa ta'riflarga ko'ra, spintronika: - elektron spinlaridagi elektronika, unda elektron zaryadi emas, balki uning spini - bu standart mikroelektronika va spinga bog'liq effektlarni birlashtirgan yangi avlod qurilmalarini yaratish uchun dastlabki shartlarni yaratadigan ma'lumot uzatuvchisi. Magnit va elektr maydonlarida elektron va yadro spinlarining yo'nalishini o'zgartirish orqali yarimo'tkazgichlar va geterostrukturalarda elektr tokini boshqarish fani; Qattiq jismlarda, xususan, ferromagnet-parameagnet yoki ferromagnet-supero'tkazgichli heterostrukturalarda spin tokining o'tkazilishini (spin-polarizatsiyalangan transport) o'rganish bilan shug'ullanadigan kvant elektronikasining bir bo'limi. Fiziklar azaldan ma'lumki, elektronlar harakatlanayotganda o'zlari bilan nafaqat elektr zaryadini, balki o'zlarining spinlarini ham olib yurishadi, ular bilan elektronning o'z magnit va mexanik momentlari bog'liqdir. Biroq, yaqin vaqtgacha bu fakt hech qanday tarzda ishlatilmadi, chunki turli xil tasodifiy spin yo'nalishlariga ega bo'lgan elektronlar oddiy (ferromagnit bo'lmagan) metallar va yarimo'tkazgichlarda bir vaqtning o'zida harakat qiladilar, shuning uchun spinning umumiy o'rtacha statistik uzatilishi nolga teng. Magnitlanmagan ferromagnit metallarda ham, har xil domenlarning magnit momentlari tasodifiy yo'naltirilgan bo'lsa ham, spinning o'tkazilishi sezilmas edi. Faqat ulkan, shuningdek, tunnel va ulkan magnetoresistiv effektlar topilgandan keyingina vaziyat o'zgardi. 1988 yilda kashf etilgan ulkan magnetoresistance (GMR) ta'siridan foydalanadigan magnetoresistiv o'qlar ishlab chiqildi. Magnetoresistiv tasodifiy kirish xotirasi paydo bo'ldi, bu spintronika uchun yaxshi istiqbollarning yana bir tasdig'i bo'ldi. Spintronikaning rivojlanishida 2007 yilda GMR effektini kashf qilganligi uchun A.Fert (Frantsiya) va P.Grunberg (Germaniya) ga fizika bo'yicha Nobel mukofotining berilishi ham muhim rol o'ynadi. Spin-polarizatsiyalangan elektronlarni tashish bilan bog'liq bo'lgan spin effektlari elektr o'tkazuvchi materialda Fermi darajasidagi populyatsiyaning spin nomutanosibligi paydo bo'lganda paydo bo'ladi. Bunday nomutanosiblik, odatda, turli xil spinli elektronlar uchun N (E) holatlarining zichligi deyarli bir xil bo'lgan ferromagnit materiallarda mavjud, ammo bu holat sxematik ravishda rasmda ko'rsatilganidek, energiyada sezilarli darajada farq qiladi. 3.60 (bundan keyin har xil elektron spinlar spinning magnitlanish o'qiga turli proektsiyalarini bildiradi). Tashqi magnit maydonisiz "aylanayotgan" va "pastga aylanadigan" elektronlarning kontsentratsiyasi bir xil bo'ladi. Magnit maydon mavjud bo'lganda, maydonda spin ("aylaning") va maydonga qarshi ("pastga aylaning") bo'lgan elektronlarning energiyalari siljiydi. Natijada, Fermi energiyasi E F atrofida turli xil spin yo'nalishlariga ega bo'lgan elektronlarning kontsentratsiyasi boshqacha. Shakl: 3.60. Magnit bo'lmagan har xil spinli elektronlar holatining zichligi (a) va ferromagnit (b) materiallar Turli xil spinli elektronlar tomonidan energiya darajalarining populyatsiyasi bunday materialdan AOK qilingan elektronlarning spin polarizatsiyasini va u orqali zaryad tashuvchilarni tashish xususiyatlarini aniqlaydi. Materialdagi elektronlarning spin polarizatsiyasi turli spinli (n va n ↓) bo'lgan elektronlarning kontsentratsiyalari orasidagi farqning ularning umumiy kontsentratsiyasiga nisbati sifatida aniqlanadi. Ferromagnit materiallarda maksimal spin polarizatsiyasi bir necha o'n foizga yetishi mumkin, ammo bunday qotishmalar, xususan, shunday deb ham ataladi. Spin polarizatsiyasi deyarli 100% bo'lgan Heisler qotishmalari. Turli xil spinali polarizatsiyaga ega materiallardan tashkil topgan qattiq konstruktsiyalardagi elektr toki zaryad tashuvchilarning spin polarizatsiyasiga va ushbu tashuvchilar harakatlanadigan hududlarning spin polarizatsiyasiga bog'liq. Muayyan spin bilan yuborilgan elektronlar xuddi shu aylanma yo'nalishga ega bo'lgan kollektorda faqat bo'sh joylarni egallashi mumkin. Dastlab, in'ektsiya elektrodida spin-polarizatsiyalangan elektron, tarqalish jarayonlari tufayli kollektorda harakatlanayotganda ham impulsni, ham spinni o'zgartiradi. Amaliy qo'llanmalar uchun elektronning spin yo'nalishini qancha vaqt "eslab qolishini" bilish muhimdir. Elektronning o'z spinini o'zgartirguncha bosib o'tgan o'rtacha masofasi "aylanma xotira" ning xarakteristikasi sifatida ishlatiladi. Ushbu masofa spinning bo'shashish uzunligi deb ataladi. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, uning qiymati 100 nm dan oshadi. Ferromagnit materiallar bilan bir qatorda magnit aralashmalarning yuqori kontsentratsiyali (bir necha atom foizli) aralashtirilgan yarimo'tkazgichlari amaliy foydalanish uchun muhim istiqbollarga ega. Ular suyultirilgan magnit yarim o'tkazgichlar deb ataladi. Boshlang'ich materiallar yarimo'tkazgichli birikmalar A 3 B 5 va A 2 B 6, shuningdek, kremniy va germaniydir. Marganets ko'pincha magnit nopoklik sifatida ishlatiladi. Bunday materiallarda zaryad tashuvchilarning spin polarizatsiyasini 80% gacha olish mumkin, garchi o'rganilayotgan suyultirilgan magnit yarim o'tkazgichlarning katta qismi uchun Kuri harorati 100 K ga teng (ma'lumki, Kyui haroratidan yuqori bo'lsa, materialning ferromagnitik xususiyatlari yo'qoladi). Suyultirilgan magnit yarimo'tkazgich nafaqat instrumental dasturlar uchun zaryad tashuvchilarning yuqori spinli polarizatsiyasiga, balki xona haroratidan yuqori Kyuri haroratiga ega bo'lishi, shuningdek mintaqalarni yaratishga imkon berishi kerakligini ta'kidlash lozim. n- va r- o'tkazuvchanlik turi. Kremniyda n- xona haroratida elektronlarning spinli polarizatsiyasi 5% dan oshmaydi. Shunga qaramay, uzun spinning bo'shashish uzunligi (elektronlar uchun u 230 nm, teshiklar uchun - 310 nm) qattiq elektronlarda an'anaviy bo'lgan ushbu yarimo'tkazgichni uning asosida spin effektlari asosida elektron moslamalar yaratish uchun juda mos keladi. Ferromagnitik xususiyatlar qator metallarning oksidlarining past o'lchovli tuzilmalarida ham topilgan (ZnO, SnO 2, In 2 O 3, A1 2 O 3, TiO 2). Ularda ferromagnetizmning asosiy sababi kislorodga nisbatan stoxiyometriyadir, ayniqsa ularning qalinligi 7-30 nm bo'lgan sirtga yaqin mintaqalarida. Spin-polarizatsiyalangan materiallarda spin-dominant holatlar ushbu materiallarning magnitlanishi bilan boshqariladi. Agar tashqi magnit maydon magnitlanishni teskari tomonga o'zgartirsa, spinning ustun yo'nalishi ham teskari tomonga o'zgaradi. Spin-polarizatsiyalangan elektronlar nolga teng bo'lmagan magnitlanish bilan materialga va shu sababli spin polarizatsiya bilan AOK qilinganida, ushbu material materialning magnitlanishi yo'nalishi va AOK qilingan elektronlarning spinlarining yo'nalishiga qarab, Supero'tkazuvchilar yoki izolyator sifatida o'zini tutishi mumkin. AOK qilingan elektronlar va materialning elektronlari aylanasining bir xil yo'nalishi bilan eng yuqori o'tkazuvchanlik ta'minlanadi. Spinlarning teskari yo'nalishi materiallardan elektronlarning o'tishiga to'sqinlik qiladi. Spintronik qurilmalarda ishlatiladigan spin effektlari magnit maydonga joylashtirilgan elektron konstruktsiyalardagi transport hodisalari orqali aniq namoyon bo'ladi. Ularni amalga oshirish uchun spinlarni yo'naltirishni amalga oshirish kerak. Hozirgi vaqtda ushbu muammo ikki yo'l bilan hal qilinmoqda: optik yo'nalish va spin in'ektsiyasidan foydalanish. Optik yo'nalish yarimo'tkazgich nurni aylana polarizatsiyasi bilan yutganda paydo bo'ladi. Elektromagnit nurlanish kvanti (foton), agar elektr maydon kuchlanishi vektori soat yo'nalishi bo'yicha aylansa +1 ga teng bo'lgan spinga ega ekanligini eslaymiz. Foton yutilganda va elektron yarim o'tkazgichning valentlik zonasidan o'tkazuvchanlik diapazoniga o'tganda, fotonning spini elektronning umumiy burchak impulsiga mos ravishda +1 yoki –1 ga o'zgartirib qo'shiladi. Bu ma'lum sharoitlarda, yorug'lik tarqalishi yo'nalishi bo'yicha va teskari yo'nalishda spin bilan o'tkazuvchanlik zonasidagi elektronlar kontsentratsiyasining farqiga olib kelishi mumkin. Spin polarizatsiyasini boshqarishning yana bir usuli bu spin in'ektsiyasi. Ma'lumki, ferromagnitlarda o'z-o'zidan paydo bo'ladigan muvozanat spinning polarizatsiyasi mavjud.Ferromagnit va magnetik bo'lmagan materiallar o'rtasida oqim kontakt orqali o'tganda, spin o'tkazilishi sodir bo'ladi. Natijada, magnit bo'lmagan materialning kontaktga yaqin qismida, aylanma yo'nalishga ega bo'lgan elektronlarning ortiqcha konsentratsiyasi hosil bo'ladi. Ushbu hodisa spinning birikishi deb ataladi. Magnit bo'lmagan o'tkazgich uchun bu holat muvozanat emas, chunki muvozanat holatida "aylanayotgan" va "pastga aylanadigan" elektronlarning kontsentratsiyasi tengdir. Muvozanat holatini o'rnatish jarayoni spinlarning bo'shashishiga va spin polarizatsiyasining pasayishiga olib kelishi kerak. Muvozanatsiz elektron spinlar nisbatan uzoq vaqt (nanosekundalar bo'yicha) yashaganligi sababli, spinlar ferromagnit bilan interfeysdan ancha uzoqlashishga ulguradi. Bu butun jarayon ozchilik tashuvchilarni yarimo'tkazgichda elektron teshik birikmasi orqali yuborilganda rekombinatsiya jarayoniga juda o'xshaydi. Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, 1988 yilda kashf etilgan ulkan magnetoresistance (GMR) effekti spintronikaning rivojlanishiga katta ta'sir ko'rsatdi. Magnit maydon ta'sirida materiallarning elektr qarshiligi o'zgarishi uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan. Magnit maydon mavjud bo'lganda va u yo'q bo'lganda qarshilikning nisbiy o'zgarishi magnetoresistans deb ataladi. Mis yoki oltin kabi magnit bo'lmagan o'tkazgichlarda magnit maydonning qarshilikka ta'siri juda oz. Ferromagnit materiallarda magnetoresistancening kattaligi ko'proq seziladi. Buning sababi shundaki, ferromagnetda, tashqi magnit maydon bo'lmaganda, o'z-o'zidan magnitlanish mintaqalari - magnit momentlari parallel bo'lgan magnit domenlar mavjud. Har bir material uchun kattaligi individual bo'lgan magnit maydon yoqilganda, bu mikroskopik magnit domenlar yo'qoladi va butun namuna bitta domenga aylanadi, ya'ni magnitlanadi, bu uning elektr qarshiligining o'zgarishiga olib keladi. Biroq, ferromagnit materiallarda magnetoresistancening kattaligi atigi bir necha foizga etadi. GMR effekti namoyon bo'lgan holatlarda magnit maydon ta'sirida qarshilik pasayishi yuzlab foizga (past haroratlarda) yetishi mumkin. GMR effekti qarama-qarshi magnitlangan ferromagnit materiallar orasidagi magnit bo'lmagan materialning o'zgaruvchan qatlamlaridan tashkil topgan ko'p qatlamli yupqa qatlamli tuzilmalarda topilgan (3.61-rasm). Bunday tuzilmalarni yaratish uchun turli xil kombinatsiyalardan foydalaniladi, masalan, temir-xrom, kobalt-mis, permalloy-kumush va boshqalar. Umumiy ta'sir qatlamlar soniga bog'liq - bu qatlamlar soniga qarab ko'payadi va taxminan 100 qatlam uchun maksimal darajaga etadi (har biri uchun) bir necha nanometr). Shakl: 3.61. Ferromagnit va ferromagnit bo'lmagan materiallardan tayyorlangan ko'p qatlamli tuzilish magnit maydon yo'q bo'lganda (a) va uning mavjudligida (b) GMR effekti elektr toki qatlamlarning tekisligida ham, ularga perpendikulyar ravishda o'tkazilganda ham kuzatiladi. Masalan, oqayotgan toklarning tekislik bilan parallel geometriyasiga ega bo'lgan yupqa plyonka tuzilishini ko'rib chiqamiz. Qarama-qarshi magnitlangan ferromagnit qatlamlarni qarama-qarshi yo'nalishga ega magnit maydonlarga yotqizish yo'li bilan olish mumkin. Magnit maydon bo'lmasa, qatlamlar tekisligida oqayotgan oqim bilan o'lchanadigan qarshilik, o'zgaruvchan qatlamlardagi magnit momentlar qarama-qarshi yo'naltirilgan bo'lsa, eng katta bo'ladi. Bunday holda, bir qatlamning magnitlanishiga mos keladigan spinli elektronlar qarama-qarshi magnitlangan material orqali harakatlana olmaydi, chunki unda ular uchun maqbul energiya holatlari mavjud emas. Bu esa elektronlarning bunday qatlamlar chegarasidan aks etishiga olib keladi va tokni tor kanallar ichkarisida oqishiga majbur qiladi (3.62-rasm). Shakl: 3.62. Gigant magnetoresistans ta'sirini tushuntirishda: AFM - qatlamlarning antiferromagnit konfiguratsiyasi, FM - qatlamlarning ferromagnit konfiguratsiyasi Tashqi magnit maydon kuchining oshishi bilan magnetoresistans asta-sekin kamayadi. Buning sababi shundaki, magnit parallel qatlamlarning momentlarini tenglashtirishga intiladigan magnit maydon, momentlarning antiparallel joylashishini (magnit bo'lmagan qatlamning ma'lum bir qalinligi uchun) afzal ko'rgan almashinuv birikmasini engib o'tishi kerak. Magnit momentlarning bir yo'nalishda to'liq hizalanishiga faqat kattalashish maydonining almashinish maydoniga teng bo'lgan to'yinganlik maydonida erishiladi. Bu strukturaning minimal qarshiligiga mos keladi. Spintronikada GMR ta'siridan tashqari yana bir effektga katta e'tibor beriladi - 1994 yilda lantan manganitida topilgan ulkan magnetoresistance (CMR). ... GMR-dan farqli o'laroq, bu erda qatlamli inshootlar talab qilinmaydi.Ta'sir kuchli magnit maydonlarda kuzatiladi, bir necha tesla darajasida maydon kuchida maksimal qiymatlarga etadi. Hodisa o'z nomini oldi, chunki ma'lum sharoitlarda uning qiymati GMR qiymatidan sezilarli darajada oshib, minglab va o'n minglab foizlarga etadi. CMR odatda Kyuri haroratiga yaqin bo'lgan tor harorat oralig'ida kuzatiladi. Lantan va noyob tuproq elementlari (R) marganitlari uchun eng yaxshi o'rganilgan, R 1– x A xMnO 3, bu erda A K, Na, Ag, Ca, Sr, Ba, Pb atomlarini bildiradi. Shu bilan birga, yaqinda boshqa ba'zi bir o'tish metall oksidlari uchun kuzatilgan. Magnit maydon datchiklari va spintronikaning funktsional elementlarini yaratish uchun CMR bo'lgan materiallardan foydalanish mumkin. Spintronikaning muhim yo'nalishi - bu qurilmalar konstruktsiyalarini yaratish, ularning printsipi magnit tunnel birikmasi fenomeniga asoslangan. Yupqa dielektrik bilan ajratilgan (odatda qalinligi 2 nm dan kam bo'lgan Al 2 O 3 alyuminiy oksidi) ikkita turli xil magnitlangan ferromagnit qatlamlar orasidagi tunnel tunnel oqimi magnit maydonga bog'liqligini anglatadi. Ferromagnit materialda "aylanayotgan" va "pastga aylanadigan" elektronlarning energiyasi har xil, shuning uchun ularning tunnellanish ehtimoli har xil bo'ladi. Agar qo'shni ferromagnit qatlamlarning magnit momentlari parallel ravishda yo'naltirilgan bo'lsa, magnit tunnel birikmasining o'tkazuvchanligi yuqori va agar magnitlanishlar antiparallel bo'lsa, unda tunnel tushish ehtimoli kichik bo'ladi. Spinga bog'liq bo'lgan tunnelning ta'siri birinchi marta 1975 yilda namoyish etilgan bo'lsa-da, uni amalga oshirish uchun suyuq geliyning harorati kerak edi, shuning uchun o'sha paytda bunga alohida e'tibor berilmagan. Vaziyat 1995 yilda xona haroratida namoyish qilinganda o'zgargan. Biroq, avvaliga ferromagnit qatlamlardagi spinlarni parallel ravishda antiparallel holatga o'tkazish mumkin edi, faqat 12-18% elektronlar uchun bu amaliy qurilmalar uchun etarli emas edi. Biroq, 1990-yillarning oxiriga kelib, bu nisbat 70% ga ko'tarildi. 2000-yillarning o'rtalariga kelib, eng yangi texnologiyalar yanada yuqori ishlashga imkon berdi va bu magnetoresistiv tasodifiy kirish xotirasini (MRAM) tijorat chiqarilishiga yo'l ochdi. MRAM doimiy o'zgaruvchan xotiraning boshqa turlariga nisbatan juda istiqbolli va istiqbolli ko'rinadi. Masalan, MRAM xotirasining ma'lumotlarga kirish vaqti 10 ns bo'lishi mumkin, bu flesh-xotiradan besh marta kam, yozish vaqti esa 2 ns ga teng, bu flesh-xotiradan kattaligi uch darajaga kam. Shu bilan birga, magnetoresistiv xotiraning quvvat sarfi flesh va DRAM xotirasining yarmini tashkil qiladi. Jurnalni yozib olish printsipi. 1 va log. MRAMdagi 0 shakl. 3.63. Ikki qatlamli ferromagnit metall yupqa yalıtkan material (alyuminiy oksidi yoki magniy oksidi) bilan ajralib turadi. Dielektrik qatlami orqali elektron tunnelning o'tish ehtimoli ularning spin yo'nalishiga bog'liq. Parallel yo'nalishda (yuqori rasm) jurnal qayd qilinadi. 1, anti-parallel bo'lsa (pastki rasm), jurnal qayd etiladi. 0. Shakl: 3.63. Magnetoresistiv tasodifiy xotira ishini tushuntirish Spintronik qurilmalarni ishlab chiqishdagi eng qiyin vazifalardan biri bu elektron tokining spin polarizatsiyasini boshqarishdir. Yarimo'tkazgichlarda aylanish erkinligini to'liq nazorat qilish uchun spintronik elementlarni yoki ular asosida elektronlarni ma'lum bir spin bilan samarali ravishda in'ektsiya qiladigan va taniy oladigan qurilmalarni loyihalashtirish maqsadga muvofiqdir. Shunday qilib, amaliy elektrod (eshik) da kuchlanish bilan boshqariladigan yuqori spin-in'ektsiya koeffitsienti, uzoq spin-bo'shashish vaqti, spinga yo'naltirilganligi va ma'lum bir spin bilan zaryad tashuvchilarni aniqlash uchun yuqori spin-sezgirligi bo'lgan yarimo'tkazgichli inshootlar amaliy ahamiyatga ega. Bundan tashqari, spinni in'ektsiya qilish va spinni aniqlash qattiq jismli kvantli kompyuterlarning ajralmas qismi bo'lgan yarimo'tkazgichli kvant nuqtalarida ma'lumotlarni yozish va o'qish imkoniyatini beradi. Spinni aylantirish (qutblanish) jarayoni muhim energiya sarfi bilan bog'liq emasligi va juda tez - bir necha pikosaniyada sodir bo'lishi muhim shart. Spinning yo'nalishi o'zgarganda, elektronning kinetik energiyasi o'zgarmaydi, shuning uchun qutblanish jarayoni issiqlik chiqishi bilan birga bo'lmaydi. Informatikaning spintronik elementlari va ulardan tuzilgan qurilmalar va tizimlar odatdagi elektron elementlarga qaraganda ancha kam energiya sarflaydigan juda yuqori ko'rsatkichlarga ega bo'lishi kutilmoqda. Birgina 2013 yil fevral oyi davomida axborot texnologiyalari ommaviy axborot vositalariga spintronika sohasidagi yutuqlar to'g'risida juda ko'p e'tiborga loyiq yangiliklar xabarlari kelib tushdi. Ya'ni, o'z ishlarida tashuvchisi zarralarining elektr zaryadiga emas, balki ularning spiniga tayanadigan yangi, butunlay boshqacha turdagi elektron qurilmalar haqida - bu zarrachalarga xos bo'lgan kvant xususiyati bo'lib, ularning rivojlanishi kompyuter texnologiyalarida haqiqiy inqilobni va'da qiladi. Spintronikaning ba'zi so'nggi yangiliklari xuddi shunday. Geysler birikmalari deb ataladigan spintronik xotira chipini yaratish bo'yicha tadqiqotlarni muvaffaqiyatli yakunlagan ikkita Germaniya universiteti - Maynts va Kayzerlautern, ishlab chiqarilgan texnologiyalarni ommaviy sanoat ishlab chiqarish bosqichiga eng qisqa vaqt ichida olib kelish uchun davlatdan 3,8 million evro miqdorida katta miqdordagi grant oldi. Britaniyaning Kembrij universiteti olimlari o'zlarining rivojlanishlarida elektronika sohasidagi eng ilg'or tadqiqot yo'nalishlaridan biri - 3D mikrosxemalar va spintronikani birlashtirishga muvaffaq bo'lishdi. Shu tufayli ular "dunyodagi birinchi spintronik 3D protsessor" ning prototipini yaratishga va namoyish etishga muvaffaq bo'lishdi (bu erda kotirovkalar zarur, chunki aslida bu to'laqonli protsessordan yiroq, ammo tadqiqotchilarning ijodiy muvaffaqiyati shubhasiz). Göttingen universiteti mutaxassislari - yana Germaniyada - spintronik xotiraning barqaror hujayrasi rolini o'ynashi mumkin bo'lgan sun'iy organik moddalarning bunday molekulasini yaratishga va sintez qilishga muvaffaq bo'lishdi. Miniatizatsiya darajasida, arzon organik materiallarga asoslangan spintronik xotira taxminan petabayt ma'lumotni (ming terabayt yoki million gigabayt) taxminan dyuym hajmdagi chipda saqlaydi. Xuddi shu yangiliklar to'plamiga yana bir nechta so'nggi va juda ta'sirchan narsalarni qo'shsak - AQSh, Yaponiya va boshqa mamlakatlarning boshqa ilmiy-tadqiqot markazlari yutuqlari haqida, allaqachon spintronik texnologiyalarni sanoat ishlab chiqarish bosqichiga juda yaqinlashtirgan bo'lsa, demak, bu aniq bo'ladi: juda katta o'zgarishlar keladi. Oddiy yarimo'tkazgich elektronikasini qaysi turdagi axborot texnologiyalarining o'rnini bosishini aniqroq tushunish uchun spintronika xususiyatlarini batafsil ko'rib chiqish mantiqan to'g'ri keladi. Ushbu texnologiya nima uchun juda jozibali, uning rivojlanishidagi eng qiyin muammolar va nihoyat, bu muammolarni chetlab o'tish va ularni engib o'tish mumkin