简介
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硬盘磁头是自旋电子学领域中,最早商业化的产品。此外,尚有许多充满潜力的应用,例如磁性随机内存、自旋场发射晶体管、自旋发光二极管等。 [1] 自旋电子学对于构建具有新功能的微电子设备来说非常重要。 [4]
历史
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1985年约翰逊和西尔斯比观察到,铁磁金属把极化di电子注如入普通金属;艾伯特·费尔蒂等和 彼得·格伦伯格发现巨磁电阻效应。还可姜晚洪追溯到梅泽夫和特德罗的铁磁和超导体隧道实验,以及1970年的祖利尔(Julliere)磁隧道结。利用半导体作磁电子学器件,可追溯到1990年达它(Datta)和达斯(Das)的理论提议自旋场效应二极管。
1988年,法国科学家Fert小组在[Fe/Cr]周期性多层膜中,观察到当施加外磁场时,其电阻变化率高达50%,因此称之为巨磁电阻效应。在反铁磁耦合的多层膜中,出现巨磁电阻的必要条件就是近邻磁层中的磁矩相对取向在外磁场的作用下可以发生变化,因此需要很高的外磁场才能观察到GMR效应,不适合于器件应用。
1995年,在Fe/Al2O3/Fe三明治结构中观察到很大的隧道磁电阻(Tunneling Magnetoresistance, TMR)现象,开辟了自旋电子学的又一个新方向。除了上面提到的磁性多层结构,半导体自旋电子学如磁性半导体,磁性/半导体复合材料,非磁性半导体量子阱炼婆请和纳米结构中的自旋现象以及半导体的自旋注入的研究在GMR发现后也变得十分活跃,极大地丰富了自旋电子学的内容。 [1]
2023年3月,美国研发了一种制造自旋电子器件的突破性工艺,该工艺有可能成为半导体芯片新的行业标准 [4]。
应用
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自旋电子中的自旋随机储存器的应用前景并不局限于传统的计算机存储体系, 还能够扩展到其他诸多领域, 甚至有望成为通用存储器(Universal Memory)。例如, 在发动机控制模块采用磁随机储存器以保证数据在断电情况下不丢失。鉴于磁性存储具有抗辐射的优势, 在A350的飞行控制系统中采用MRAM以防止射线造成数据破坏。
此外, 在物联网和大数据等新兴应用领域, 泛在的传感器终端需要搜集数据, 为节省存储功耗, 使用非易失性存储器势在必行, 基于自旋电子学原理的自旋随机储存器以其相对优良的性能成为热门的候选器件。 [2]
自旋注入和检测
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