Teoria Torque Transfer Spin

De lucru de nenumărate dispozitive electronice implică efecte electrice şi magnetice interacţionează în cadrul materiale nanostructurate. În fenomen cunoscut sub numele de cuplu de transfer de spin, un curent poate da un soc pentru a straturilor subtiri magnetice sandwich între materiale nemagnetice. Efectul poate perturba funcţionarea potenţial de capete de citire de unităţi de calculator standard greu, dar poate face, de asemenea, posibil un nou tip de memorie magnetică, precum şi alte aparate electronice.Controlul efectelor dăunătoare şi exploatarea potenţialului utilă a cuplurilor de transfer de spin necesită atât măsurători cantitative ale efectelor lor şi de o înţelegere rafinat teoretică a acestor măsurători, scopul acestui proiect.

Un material feromagnetic, cum ar fi de fier ia pe magnetizare permanentă atunci când proprietăţilor magnetice ale atomilor acesteia, toate linia de sus în acelaşi fel. Deoarece electronii individuale au, de asemenea, un aliniament magnetice intrinseci, definite de direcţia lor de spin aşa-numitele, ele pot interacţiona cu ferromagnets în unele moduri neobisnuite. De exemplu, un fluxurilor de curent electric mai uşor printr-o linie de electroni feromagnet în cazul în care se invarte cu, mai degrabă decât opuse, magnetizare. dispozitiv care citeşte date de pe un hard disk face uz de acest efect. În citire cap sunt doua straturi feromagnetice separate printr-un spacer nemagnetice. 

Biţii de date codificate magnetic în suprafaţă de un hard disk realinia magnetizarea stratului de cap ultraperiferice, care produc o schimbare măsurabilă în rezistenţa electrică.  Cu toate acestea, există, de asemenea, un efect prin care actuală nu răspunde doar la magnetizarea stratului, dar de fapt, deranjează. Atunci când un electron cu spin nealiniate trece într-un material magnetizate, asimetrie dă naştere la o forţă de torsiune mic - un cuplu - între electroni şi magnet. Un curent mare, în principiu, poate genera o forţă suficient de mare pentru a schimba directia de magnetizare de materialul din care este trece prin. În actuala hard disk citit-cap de modele, acest "cuplu de transfer spin" este sub amploarea la care ar putea perturba citirea de date, dar ca design evolua este foarte probabil să devină mai mult o problema. Investigaţia noastră teoretică de transfer de spin cuplurilor concediu de stabilire a fenomenului complicate într-o serie de etape.

Primul pas este de a utiliza fizica cuantică elementare pentru a înţelege exact modul în care un singur electron interacţionează cu un material magnetizate. Aceste informaţii apoi feed-uri în modelele care descriu acţiunea unui curent format de multi electroni cu aliniamente diferite. Ingredientul final este de a include răspunsul de magnetizare la influenţa curenţilor de schimbare. Imaginea teoretic construit în acest fel poate ajuta inginerii îmbunătăţirea citit-cap de design şi să găsească soluţii pentru problemele inainte de a intra în producţia pe scară largă. cuplurile de transfer Spin poate fi, de asemenea puse la o bună utilizare. O tehnologie de inflorire cunoscut sub numele de memorie magnetica de acces aleatoriu (MRAM) înregistrările biţi de date prin magnetizarea de straturi mici feromagnetice fie opus sau de acelasi cu cel al unei baze adiacente, magnetizat permanent. 

Un mic curent care trece prin straturile citeşte date prin indicarea rezistenţă mică sau mare, dar un curent mai mare poate exercita un cuplu de transfer de spin suficiente pentru a flip magnetizare stratul superior lui. În acest caz, curentul aplicat oferă un mijloc de scriere şi rescrierii datelor MRAM. Într-o altă aplicaţie este posibil, teorie arată că, în anumite situaţii, cuplul de transfer de spin poate provoca magnetizarii dintr-un strat feromagnetic să se rotească în jurul valorii de, sau precess, la o frecvenţă controlată de curent. Aceasta tehnica ar putea face posibilă gigahertzi oscilatoarele cu o gamă largă de utilizări electronice. 

Cercetatorii din cadrul CNST şi în alte laboratoare NIST sunt în curs de dezvoltare metode de cuantificat cu exactitate momente de spin de transfer. Scopul studiilor noastre de cuplu de transfer de spin este de a avansa teorie la punctul în care se poate interpreta credibil aceste măsurători, şi să permită previziuni riguroase şi fiabile privind modul de sisteme specifice va efectua într-o gamă de aplicaţii posibile dispozitiv.