spintekniikka

Spintekniikka (spintronics) on elektroniikan ala, joka tutkii elektronin spinin ominaisuuksia ja hyödyntää niitä tiedon tallennukseen, käsittelyyn ja siirtoon. Spin on kvanttimekaaninen ominaisuus, jonka suunta voidaan määrittää ja mitata, ja joka tarjoaa lisätilan tiedon tilojen ja toimintojen suunnitteluun. Tavoitteena on kehittää nopeampia, energiatehokkaampia ja kestävämpiä laitteita käyttämällä sekä elektronin varausta että spinin tilaa.

Keskeisiä ilmiöitä ovat spinipolarisaatio, spinivirta ja magnetoresistanssivaikutukset, kuten suurmagnetoresistanssi (GMR) ja tunnelointimagnetoresistanssi (TMR). Spinin injektio, diffuusio ja dekoherenssi määrittävät, miten hyvin spinin tila voidaan siirtää materiaalien välillä. Tutkimus yhdistää magneettisen ilmaisun ja puolijohde-tekniikan, ja se kattaa sekä metalliset että semikonduktoriset järjestelmät sekä uusiutumattomia materiaaleja kuten Heusler-alkuainemmat.

Materiaalit ja rakenteet vaihtelevat perinteisistä ferromagneettisista kerroksista ja magneettisista oksideista MTJ-rakenteisiin sekä MRAM-muistitukseen. Semikonduktoreissa pyritään tehokkaaseen spininjointiin GaAs:n, piin tai muiden materiaalien kanssa. Spinteknikkaan liittyvät sovellukset kattavat muistit (erityisesti MRAM), magnetoresistive-sensorit sekä spinin avulla tapahtuvaa valon tuottamista ja havaitsemista.

Haasteina ovat spinin injektion ja detektointi tehokkaasti, spinin säilyminen korkeissa lämpötiloissa sekä integroitavuus nykyiseen CMOS-piiritekniikkaan. Tutkimusalueen tulevaisuuteen kuuluvat spin-orbit-torquen (SOT) ja spin-transfer-torquen (STT) kehittäminen sekä laitteistojen energiatehokkuuden parantaminen.

Näköalat ovat vahvat: spinteknikka etenee muistiteknologian, sensorien ja mahdollisesti kvanttitekniikan saralla.