spintronikkaan

Spintronikka on tutkimusala, joka tutkii elektronin spinin ominaisuuksien hyödyntämistä elektroniikassa. Perusidea on käyttää sekä elektronin varauksen kulkua että sen sisäistä spinia tiedon käsittelyssä ja tallennuksessa. Spintronikan kehitys lupaa energiatehokkaampia ja nopeampia laitteita sekä uusia tallennusmenetelmiä.

Keskeisiä ilmiöitä ovat spinipolarisaatio ja magnetoresistanssi-ilmiöt. Giant magnetoresistance (GMR) ja tunnelmagnetoresistanssi (TMR) mahdollistavat magneettisten tilojen vaihtelun aiheuttaman resistanssin muutoksen. Näitä ilmiöitä hyödynnetään, kun magneettiset kerrokset ovat vuorovaikutuksessa siten, että tilojen vaihtuminen muuttaa virran kulkua ja signaali voidaan lukea. Spin transfer torque (STT) ja spin-orbit torque (SOT) ovat mekanismeja, joilla spinivirrat voivat ohjata magnetointia ilman erillisiä magneettikytkimiä.

Sovelluksia ovat muun muassa magnetoresistiviset muistiratkaisut, kuten MRAM, sekä magneettiset anturit ja sensorit kiintolevyissä, älypuhelimissa ja ajoneuvoissa. Spintronikkaa kehitetään myös spinipohjaisiin laskentaratkaisuihin ja mahdollisesti neuromorfisiin järjestelmiin, joissa spinien hallinta tukee uudenlaisia laskentaprosesseja.

Haasteisiin kuuluvat materiaalien ja rakenteen laadun hallinta, lämpötilavaihtelut, CMOS-integraatio sekä kustannukset ja skaalautuvuus. Tutkimus kattaa sekä perustutkimuksen että käytännön toteutukset, ja sen odotetaan vaikuttavan laitteen energiatehokkuuteen, nopeuteen ja tallennuskapasiteettiin tulevina vuosikymmeninä.