Spintroniikan

Spintroniikka on elektroniikan ala, joka tutkii elektronin spinin ominaisuuksien hyödyntäminen signaalin käsittelyssä ja tiedon tallentamisessa. Perinteisessä elektroniikassa painopiste on varauksessa, kun taas spintroniikassa pyritään kontrolloimaan sekä spin-tiloja että magneettisia tiloja. Tämä mahdollistaa energiatehokkaammat laitteet, nopeamman toiminnan ja uudenlaisia muistiratkaisuja.

Keskeisiä ilmiöitä ovat suurimagnetoresistanssi (GMR) ja tunnel magnetoresistanssi (TMR), joissa magneettisten kerrosten suuntautuminen vaikuttaa sähkövastukseen. Näitä ilmiöitä hyödynnetään muun muassa tallennuslaitteissa ja sensorijärjestelmissä. Spinin siirtovaikutukset, kuten spin transfer torque (STT) ja spin orbit torque (SOT), antavat keinoja muuttaa magneettisia tiloja suoraan sähkövirran avulla.

Laitteistossa käytetään magneettisia ohutkalvokerroksia sekä MTJ- ja spin-valve-rakenteita. MRAM (magnetic random access memory) on lupaava ei-volatiivinen muistityyppi, joka säilyttää tietoa ilman jatkuvaa virtaa ja voi tarjota nopeaa kirjoitusnopeutta sekä suurta tiheyttä. Spintroniikkaa hyödynnetään myös magneettisina sensorina, esimerkiksi lukupäissä ja teollisuus- sekä kuluttajatason sovelluksissa.

Materiaalit ovat usein ferromagneettisia metalleja kuten Fe, Co ja Ni sekä näiden seoksia (esim. FeCo) tai Heusler-yhdisteet, magnetiset eristeet sekä erilaiset topologiset aineet. Tutkimus tähtää parempiin ominaisuuksiin, pienempään energian kulutukseen sekä tiiviimpään integraatioon nykyisiin CMOS-teknologioihin, jotta spintroniikasta kehittyisi laajasti käytetty muistitekniikka ja sensorointi sekä mahdollisesti kvanttisovelluksissa.