Reja: 1 Spintronikaning vujudga kelishi va ish prinsipi

Reja:

1 Spintronikaning vujudga kelishi va ish prinsipi

2 . Spintronika elementlarining amaliyotda qo‘llanilishi

3Xulosa

Foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxati

Spinli elektronika yoki spintronika - zamonaviy fizikaning yetarlicha yosh sohasi bo‘lib, kelajakda juda katta amaliy ahamiyatga ega bo‘lishi kutilmoqda. Uning an’anaviy 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 bo‘lib, kvant xususiyatiga ega. Spin qiymati elektronning harakatiga bog‘liq emas. Elektron spini quyidagi ikki qiymatlardan faqat bittasini qabul qilishi mumkin: ”spin-yuqoriga” (modda magnitlanganlik yo‘nalishi bilan spin yo‘nalishi mos kelganda) yoki ”spin-pastga” (magnitlanganlik hamda spin yo‘nalishlari qarama-qarshi bo‘lganda).

Spinli elektronika yoki spintronika - zamonaviy fizikaning yetarlicha yosh sohasi bo‘lib, kelajakda juda katta amaliy ahamiyatga ega bo‘lishi kutilmoqda. Uning an’anaviy 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 bo‘lib, kvant xususiyatiga ega. Spin qiymati elektronning harakatiga bog‘liq emas. Elektron spini quyidagi ikki qiymatlardan faqat bittasini qabul qilishi mumkin: ”spin-yuqoriga” (modda magnitlanganlik yo‘nalishi bilan spin yo‘nalishi mos kelganda) yoki ”spin-pastga” (magnitlanganlik hamda spin yo‘nalishlari qarama-qarshi bo‘lganda).
Elektronning ”aylanishi” hamda uning yuqoriga yoki pastga orientatsiyalanishi kodlashda ishlatiladi. Ya’ni spini yuqoriga yo‘nalgan elektronni mantiqiy ”1”, spini pastga yo‘nalgan elektronni mantiqiy ”0” deb qabul qilishga kelishilgan. Oxirgi o‘n-o‘n besh yillar ichida kremniydan ishRasm 1: Elektron spinlari: ”yuqoriga” va ”pastga”. langan protsessorlar o‘zlarining mumkin bo‘lgan eng yuqori chegaralariga yetib keldilar. Bundan ortig‘iga ularning fizik imkoniyatlari dosh bermaydi (o‘ta yuqori chastotada juda qattiq qizib ketish yuz berishi mumkin). Shu 3 sababli olimlar va tadqiqotchilar yangi avlod qurilmalarini yaratishga harakat qilmoqdalar. Ushbu yangi avlod qurilmalari kamroq energiya iste’mol qilishi hamda qizib ketmasligi kerak.
1 Spintronikaning vujudga kelishi va ish prinsipi Spintronika o‘tgan asrning 80-yillarida, qattiq jismli elektron qurilmalarda elektronlar ko‘chishining spinga bog‘langan xususiyatlarini o‘rganish paytida yuzaga kelgan. Bunday tadqiqotlar sirasiga Jonson va Silbining 1985-yilda,ferromagnit metalldan normal metallga elektronlarni injeksiyalash ustida o‘tkazgan tajribalari, Albert Fert hamda Piter Gryunberg tomonidan gigant magnit qarshiligining kashf qilinishi (1988) kabilarni aytish mumkin. Shundan so‘ng ferromagnetik, o‘ta o‘tkazuvchan moddalarda magnit tunnel o‘tishlarini o‘rganish bo‘yicha tadqiqotlar olib borildi. Yarimo‘tkazgich moddalardan spintronikada foydalanish 1990-yilda Datt hamda Das tomonidan spinli maydoniy tranzistorlar yaratish haqidagi gipotezasidan so‘ng boshlandi
IBM mutaxassislarining fikricha, elektronlar o‘z spinlarini juda tez - 100 pikosekund (10−10 s) - ichida o‘zgartiradi. Bunday qisqa vaqt ichidagi o‘zgarishni mikrosxemalar qayd qilishga ulgurmaydi. Shunga qaramay, tadqiqotchilar spin vaqtini 30 marta - ya’ni 1 nanosekundgacha oshirib, elektronlarni sinxronizatsiyalash usulini ishlab chiqishdi. 1 nanosekund yetarlicha katta vaqt bo‘lib, 1GHz chastotada ishlovchi mikroprotsessor sikliga teng. Shundan so‘ng yana bir qiziq fakt ma’lum bo‘ldi. Yarimo‘tkazgichlarda 4 elektronlarning aylanishi vaqtida ularning spinlari bir necha o‘n mikrometrga siljir ekan. Bu hodisani vals tushayotgan juftlikka o‘xshatish mumkin(2- rasm). Spini 1/2 ga teng bo‘lgan, m massali, q zaryadga ega bo‘lgan zarraning magnit momenti µ quyidagiga teng bo‘ladi:
µ = gsq 2m S
bu yerda S - elektronning spin momenti, gs esa, o‘lchamsiz kattalik bo‘lib, g-faktor deb ataladi. Elektron uchun g-faktorning qiymati gs = 2.002318 ga teng. Rasm 2: Elektronlar spinining ”vals”i Magnit-tunnel tranzistor quyidagi qismlardan tashkil topgan bo‘ladi: ˆ emitter(FM1): spin-polyarizatsiyalangan elektronlarni bazaga injeksiyalaydi ˆ baza(FM2): Elektronlar spinlarining yo‘nalishiga qarab bazada joylashadi. Bazani spin-filtr deyish ham mumkin 5 ˆ Kollektor(GaAs) - baza-kollektor chegarasida Shottki to‘sig‘i vujudga keladi. Natijada kollektorda faqatgina Shottki to‘sig‘ini yengib o‘tishga energiyasi yetarli bo‘lgan elektronlargina to‘planadi. Ushbu tranzistorning magnit toki quyidagiga teng bo‘ladi: I = Ic,p − Ic,ap Ic,ap (2) O‘tkazish koeffitsiyenti esa: β = IC IE (3) (3) ifodadan ko‘rinib turibdiki, o‘tkazish koeffitsiyenti emitterdagi elektronlarning qancha qismi kollektorga yetib borganligi bilan aniqlanadi.
2 Spintronika elementlarining amaliyotda qo‘llanilishi Spintronika elementlarini quyidagi sohalarda ishlatish mumkin: ˆ Elektr energiyasini doimiy magnit maydonga va aksincha orqaga aylantiradigan kimyoviy reaksiyalarsiz qattiq holatdagi akkumulyator (ya’ni doimiy magnitni tok bilan magnitlangandek va uni orqaga qaytarib magnetizatsiya qiladigandek, harakatlanuvchi qismlarsiz tok beradi - ilgari hatto nazariy jihatdan ham imkonsiz deb hisoblangan; ammo bu yerda nazariya bilan hech qanday qarama-qarshilik mavjud emas, chunki batareyadagi tokning harakatlanuvchi qismlari spinpolyarizatsiyalangan tokning elementar tashuvchilari hisoblanadi).[2] ˆ Elektron komponentlar: – STT-MRAM (Spin Torque Transfer MRAM) tipli kompyuter xotirasi;
– ”ferromagnetik (Co84Fe16) – kremniy – ferromagnetik (Ni80Fe20) – aralashmali kremniy” ko‘rinishidagi qalin strukturaga ega bo‘lgan spinli tranzistorlar. Birinchi ferromagnitli qatlamdan o‘tgandan so‘ng tok spin-polyarizatsiyaga ega bo‘ladi, ushbu polyarizatsiya (qutblanish) kremniyli qatlamdan o‘tish vaqtida qisman saqlanib qoladi (2007-yilda 350 µm qalinlikdagi kremniy qatlamdan o‘tganda elektronlarning 37% ida spin polyarizatsiya saqlanib qolgan).Bu esa chiqishda spin tokining qiymatini ikki qavatli ferromagnit qatlamining magnit maydoni yordamida o‘zgartirish imkonini beradi (gigant magnit qarshiligi[4]); – Zamonaviy CMOS-sxemalarga nisbatan bir necha barobar tezroq (signal ushlanib qolish vaqti 1 ns dan kamroq), deyarli qizimaydigan (issiqlik ajralishi 10−17J tartibida) va ionizatsiyalovchi nurlanish ta’siriga chidamli bo‘lgan mantiqiy sxemalar.
Xulosa
Xulosa qilib aytganda, spinli elektronika yoki spintronika endi rivojlanayotgan yosh sohalardan biri bo‘lib, kelajakda elektronikaning o‘rnini bosishi mumkin. Spintronik qurilmalar esa an’anaviy yarimo‘tkazgichli elektron qurilmalarga qaraganda bir qator afzalliklarga ega. Bular ichida eng asosiylari, ularning qizib ketmasligi, energiyani isrof qilmasligi hamda uzoq vaqt xizmat qila olishi mumkinligidir. Mutaxassislar fikricha, spintronika kelajakda quyidagi uch aasosiy yo‘nalish bo‘yicha rivojlanishi mumkin:
1. kvant kompyuterlari
2. spinli maydoniy tranzistorlar
3. spinli xotiralar
Foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxati [1] Wolf, S. A.; Chtchelkanova, A. Y.; Treger, D. M. (2006). ”Spintronics-A retrospective and perspective”. IBM Journal of Research and Development. [2] Bhatti, S.; et al. (2017). ”Spintronics based random access memory: a review”. Materials Today. 20 (9): 530-548. [3] Jonker, B.; Park, Y.; Bennett, B.; Cheong, H.; Kioseoglou, G.; Petrou, A. (2000). ”Robust electrical spin injection into a semiconductor heterostructure”. Physical Review B. [4] Baibich, M. N.; Broto, J. M.; Fert, A.; Nguyen Van Dau, F. N.; Petroff, F.; Etienne, P.; Creuzet, G.; Friederich, A.; Chazelas, J. (1988). ”Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices” [5] Linder, Jacob; Robinson, Jason W. A. (2 April 2015). ”Superconducting spintronics”. [6] https://www.spintronics-info.com/ [7] https://web.archive.org [8] https://www.nature.com