spintorqueefekteihin

Spintorqueefektit (spin-transfer torque, STT) ovat spintronikan ilmiöitä, joissa spinipolarisoitunut sähkövirta siirtää elektronien pyörimismomentin ferromagneettiseen kerrokseen. Siirtynyt momentti voi muuttaa magnetisaation suuntaa tai saada sen pyörimään (precessio). STT on keskeinen ilmiö magnetoinnin sähköisessä ohjauksessa ja sitä hyödynnetään erityisesti MRAM-sovelluksissa sekä muissa spintroniikan laitteissa.

Mekaniikka ja malli: Kun virta kulkee kerrostetun magnetoitujen kerrosten läpi, spinpolarisoidun virran transversaali osa siirtää momenttia vapaan magnetointikerroksen magneettiseen tilaan. Tämä tuottaa torquea, jota kutsutaan usein Slonczewski-torqueksi; lisäksi voi esiintyä field-like-torquea. Magnetisaation dynamiikkaa kuvaa Landau-Lifshitz-Gilbert-yhtälöön lisättävä spin-torque-termi. Kriittinen virta, jolla magnetisaation vaihtuminen tapahtuu, riippuu materiaalien ominaisuuksista ja rakenteesta.

Rakenteet ja materiaalit: Tyypillinen laite on magneettinen tunnelointijärjestelmä (MTJ) tai spin-valve-rakenne, jossa on kiinteä ja vapaa magnetointikerros sekä läpäisevä barrier. Perpendikulaarinen anisotropia (PMA) mahdollistaa pienemmät virrat ja suuremman tiheyden verrattuna in-plane (IP) anisotropiaan.

Sovellukset: STT-MRAM käyttää spin-torquea magnetisaation vaihtamiseen ja muistijärjestelmissä tieto tallentuu ei-volatiivisesti. MTJ:n magnetoresistanssilla luetaan tilat. Spin torque nano-oscillators (STNO) voivat tuottaa mikroskooppisia signaaleja ja löytyä radiotekniikan ja signaaliprosessoinnin sovelluksista.

Haasteet ja kehitys: Tärkeimpiä tutkimusalueita ovat virrankulutuksen pienentäminen, lämpötilariippuvuuden hallinta, laitteen luotettavuus ja rajapintojen laatu sekä komponenttien integrointi CMOS-prosessiin.