Karimov nomidagi toshkent davlat texnika universiteti olmaliq filiali

---

O‘ZBEKISTON RESPUBLIKASI

OLIY VA O‘RTA-MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI ISLOM

KARIMOV NOMIDAGI TOSHKENT DAVLAT TEXNIKA

UNIVERSITETI OLMALIQ FILIALI

7bs-20 MT guruh talabasi

Radjabov Abror

MUSTAQIL ISH

Spinli elektronika va uning elementlari

Qabul qildi: Irkabayev Jumanali Usmonovich

Toshkent, 2021

---

Mundarija

Kirish

3

1

Spintronikaning vujudga kelishi va ish prinsipi

4

2

Spintronika elementlarining amaliyotda qo‘llanilishi

6

Xulosa

7

Foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxati

8

2

---

Kirish

Spinli elektronika yoki spintronika - zamonaviy fizikaning yetarlicha yosh

sohasi bo‘lib, kelajakda juda katta amaliy ahamiyatga ega bo‘lishi kutilmoq-

da. Uning an’anaviy elektronikadan asosiy farqi shundaki, odatiy elektr

tokida zaryadlangan zarralar harakatlanadi. Spinli elektronikada esa faqat-

gina elektronlarning spinlari harakatlanadi.

Spin (xususiy harakat miqdori momenti) - elektronning ichki xarakteris-

tikasi 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 orientat-

siyalanishi 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 ish-

Rasm 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 qili-

shi hamda qizib ketmasligi kerak.

Spintronik qurilmalarda esa spin aylanishi amalda hech qanday energiya

talab qilmaydi, operatsiyalar oralig‘ida esa qurilma ta’minot manbaidan

uzib qo‘yilishi mumkin. Natijada esa, deyarli issiqlik ajralib chiqmaydi.

Ushbu mustaqil ishda spintronikaning paydo bo‘lishi, spinli elektronika

elementlari hamda ularning amaliyotda qo‘llanilishi haqida so‘z yuritiladi.

1 Spintronikaning vujudga kelishi va ish prinsipi

Spintronika o‘tgan asrning 80-yillarida, qattiq jismli elektron quril-

malarda 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 tun-

nel o‘tishlarini o‘rganish bo‘yicha tadqiqotlar olib borildi. Yarimo‘tkazgich

moddalardan spintronikada foydalanish 1990-yilda Datt hamda Das tomoni-

dan 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 nanosekund-

gacha oshirib, elektronlarni sinxronizatsiyalash usulini ishlab chiqishdi. 1

nanosekund yetarlicha katta vaqt bo‘lib, 1GHz chastotada ishlovchi mikro-

protsessor 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 =

g

s

q

2m

S

(1)

bu yerda S - elektronning spin momenti, g

s

esa, o‘lchamsiz kattalik bo‘lib,

g-faktor deb ataladi. Elektron uchun g-faktorning qiymati g

s

= 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 injek-

siyalaydi

ˆ baza(FM2): Elektronlar spinlarining yo‘nalishiga qarab bazada joy-

lashadi. 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 =

I

c,p

− I

c,ap

I

c,ap

(2)

O‘tkazish koeffitsiyenti esa:

β =

I

C

I

E

(3)

(3) ifodadan ko‘rinib turibdiki, o‘tkazish koeffitsiyenti emitterdagi elek-

tronlarning 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 ay-

lantiradigan 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 spin-

polyarizatsiyalangan tokning elementar tashuvchilari hisoblanadi).[2]

ˆ Elektron komponentlar:

– STT-MRAM (Spin Torque Transfer MRAM) tipli kompyuter

xotirasi;

6

---

– ”ferromagnetik (Co

84

Fe

16

) – kremniy – ferromagnetik (Ni

80

Fe

20

)

– aralashmali kremniy” ko‘rinishidagi qalin strukturaga ega bo‘l-

gan spinli tranzistorlar. Birinchi ferromagnitli qatlamdan o‘tgan-

dan so‘ng tok spin-polyarizatsiyaga ega bo‘ladi, ushbu polyarizat-

siya (qutblanish) kremniyli qatlamdan o‘tish vaqtida qisman

saqlanib qoladi (2007-yilda 350 µm qalinlikdagi kremniy qat-

lamdan o‘tganda elektronlarning 37% ida spin polyarizatsiya

saqlanib qolgan).Bu esa chiqishda spin tokining qiymatini ikki

qavatli ferromagnit qatlamining magnit maydoni yordamida o‘zgar-

tirish imkonini beradi (gigant magnit qarshiligi[4]);

– Zamonaviy CMOS-sxemalarga nisbatan bir necha barobar tezroq

(signal ushlanib qolish vaqti 1 ns dan kamroq), deyarli qizimay-

digan (issiqlik ajralishi 10

−17

J tartibida) va ionizatsiyalovchi

nurlanish ta’siriga chidamli bo‘lgan mantiqiy sxemalar.

Xulosa

Xulosa qilib aytganda, spinli elektronika yoki spintronika endi rivo-

jlanayotgan 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

7

---

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 Develop-

ment.

[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 het-

erostructure”. 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). ”Superconduct-

ing spintronics”.

[6] https://www.spintronics-info.com/

[7] https://web.archive.org

[8] https://www.nature.com

8

---

Document Outline

• Kirish
• Spintronikaning vujudga kelishi va ish prinsipi
• Spintronika elementlarining amaliyotda qo`llanilishi
• Xulosa
• Foydalanilgan adabiyotlar ro`yxati