Spininjectie

Spininjectie is het proces waarbij spinpolarisatie wordt overgebracht van een magnetisch geordend materiaal naar een niet-magnetisch transportkanaal, zoals een metaal, halfgeleider of twee-dimensionaal materiaal. Het gaat meestal om elektrische spininjectie vanuit een ferromagnetische elektrode naar de aangrenzende laag, waardoor een niet-evenwichtige spinverdeling ontstaat die diffundeert en uiteindelijk ontspant. Optische spininjectie bestaat ook, maar in de huidige context ligt de focus vaak op elektrische injectie.

Bij spininjectie heeft een ferromagneet een oneven verdeling van spins (up versus down), waardoor de geleidbaarheid voor de twee spinen verschilt. Wanneer deze ferromagnetische elektrode in contact staat met een niet-magnetisch kanaal ontstaat een spinpolarisatie van de voedingsstroom. De geïnjecteerde spins vormen nabij de grens een spinaccumulatie die diffundeert over de spin-diffusielengte λs en ontspant via verschillende spin-relaxatiemechanismen, afhankelijk van materiaal en temperatuur. In metalen ligt λs doorgaans in de orde van tientallen nanometer, terwijl in halfgeleiders en overige systemen langere lengtes kunnen voorkomen.

Een belangrijk obstakel is het conductiviteitsmismatch probleem tussen ferromagnet en kanaal, wat de efficiëntie van spininjectie beperkt. Oplossingen omvatten het gebruik van tunnelingbarrières (bijvoorbeeld MgO of Al2O3) tussen FM en kanaal, het kiezen van materialen met hogere intrinsieke spinpolarisatie en het optimaliseren van de interfaciale orde om spin-backflow te verminderen.

Spininjectie wordt aangetoond en gekarakteriseerd met metingen zoals niet-lokale spinvalve-opstellingen en Hanle-metingen; belangrijkste parameters zijn de spin-diffusielengte en de spinsignaalsterkte. Materialen zoals GaAs, silicium, grafen en andere 2D-materialen blijven onderwerp van onderzoek vanwege hun potentiële lange spinrelaxatietijden. Toepassingen omvatten spintransistors, magnetoresistente geheugen (MRAM), spin-LEDs en sensoren in de bredere context van spintroniek. See also: spintroniek, spin Hall-effect, spin pumping.