Spintronikkaa

Spintronikka on elektronisen tekniikan ala, joka hyödyntää elektronin spinia varauksen ohella. Spinin hallinta ja lukeminen mahdollistavat uusia muistitoimintoja, logiikkaa ja antureita, usein pienemmällä virrankulutuksella ja suuremmalla nopeudella kuin perinteinen elektronikka.

Keskeisiä käsitteitä ovat spinpolarisaatio, spinivirta ja magneettiset tilat. Magnetoresistanssi-ilmiöt, kuten suurmagnetoresistanssi (GMR) ja magneettinen tunnelointiresistanssi (TMR), mahdollistavat tilojen erottelun resistanssin perusteella. Spin-transfer torque (STT) ja spin-orbit torque (SOT) antavat keinon muuttaa magneettisia tiloja sähkövirran tai spinin liikkeen avulla.

Historia: vuonna 1988–1989 havaittiin suurmagnetoresistanssi Fertin ja Grünbergin tutkimuksissa, mikä johti spintronikan nopeaan kehitykseen. Nobel-palkinto tästä saavutuksesta myönnettiin 2007. 1990-luvulla STT-teoria ja kokeelliset näytöt avasivat tien MTJ-pohjaisille muisteille.

Sovellukset: MRAM-muistitekniikka sekä magnetoresistanssisensorit ovat yleisiä käyttötapoja. MTJ-rakenteet ovat keskeisiä sekä muistien että antureiden toiminnassa. Tutkimus suuntautuu myös spinin hallinnan integrointiin CMOS-piireihin sekä spin-pohjaisiin logiikoihin.

Haasteet ja tulevaisuus: materiaalien rajapintoihin, spinin säilyvyyteen ja kokoonpanoon CMOS:n kanssa sekä kustannuksiin liittyvät kehitysvaiheet ovat keskeisiä. Silti spintronikkaa pidetään lupaavana reittinä energiatehokkaamman ja nopeamman elektroniikan saavuttamiseksi.