Lek_Osn_nanoelektroniki_Kl - Страница 5
В допълнение към разгледаните принципи на конструиране на спинтронни устройства, обещаваща посока на новите разработки е използването на взаимодействието на спина на мобилни носители на заряд с магнитните моменти на атомните ядра. Предимството на спина на ядрата за съхранение и обработка на информация е, че ядрените спинове взаимодействат много по-слабо с околната среда от електронните и следователно по-добре запазват състоянието си. Използването на магнитни моменти на ядра предоставя допълнителни възможности за съхраняване и обработка на квантова информация. Трябва обаче да се има предвид, че магнитният момент на ядрото е повече от хиляда пъти по-слаб от магнитния момент на електрона, но е много по-трудно да се контролира. Един от начините за управление на магнитните моменти на ядрата е да се използват магнитните моменти на електроните, уловени от квантовите ямки в малка област от пространството в магнитния полупроводник. За това в магнитния полупроводник се създава квантова ямка, попадаща в която електроните с подредена посока на спиновете образуват област с определен магнитен момент. В резултат на взаимодействието на магнитните моменти на електроните с магнитните моменти на ядрата, последните също приемат подредено състояние, т.е. настъпва спинова поляризация на атомните ядра. Тези процеси протичат в слой от магнитен полупроводник с дебелина няколко нанометра. Това създава тънък двуизмерен клъстер от поляризирани ядра, който може да се използва като основен (задаващ логическото състояние на системата) елемент на устройството за съхранение на информация. Облак от електрони с определен спин може да се движи електрически по магнитен полупроводник, което прави възможно използването на този облак като вид магнитна глава, която задава и отчита магнитните състояния на полупроводниковите ядра.
Друга обещаваща посока е създаването на оптичен процесор, в който информацията се прехвърля от електрони към ядра с помощта на потоци от фотони. Отхвърлянето на необходимостта от промяна на начина, по който информацията се представя в паметта, процесора, канала за предаване на данни от електронен на оптичен и обратно, ще позволи създаването на цифрови устройства, способни да работят на честоти от няколко терагерца. Трябва също да се отбележи, че използването на магнитооптични полупроводници ще направи възможно директното преобразуване на квантовата информация от електронно в оптично представяне и обратно, заобикаляйки процеса на откриване.
Гранулирани GMR структури. Гранулираните структури обикновено се получават чрез разпрашване на два несмесващи се метала едновременно (често използвано съотношение 20:80) и допълнително отгряване на структурата, за да се образуват гранули от единия метал в матрицата на другия. Ако феромагнитните гранули са "разпръснати" в парамагнитна матрица, тогава структурата най-често се държи като суперпарамагнитна и има гигантско магнитоустойчивост.
Суперпарамагнетизъм - форма на магнетизъм, която се появява във феромагнитни и феримагнитни частици. Ако такива частици са достатъчно малки, те преминават в еднодомейн състояние, тоест те се магнетизират равномерно в целия обем. Магнитният момент на такива частици може произволно да променя посоката под въздействието на температурата, а при липса на външно магнитно поле средното намагнитване на суперпарамагнитните частици е нула. Но във външно магнитно поле такива частици се държат като парамагнетици дори при температури под точката на Кюри или точката на Неел. Магнитната чувствителност на суперпарамагнетиците обаче е много по-голяма от тази на парамагнетиците.
Феримагнети - материали, в които магнитните моменти на атомите на различни подрешетки са ориентирани антипаралелно, както при антиферомагнетиците, но моментите на различните подрешетки не са равни и по този начин полученият момент не е равен на нула. Феримагнетиците се характеризират със спонтанно намагнитване. Различните подрешетки в тях се състоят от различни атоми или йони, например, те могат да бъдат различни йони на желязо, Fe 2+ и Fe 3+. Свойствата на феримагнетиците се притежават от някои подредени метални сплави, но главно от различни оксидни съединения, сред които феритите представляват най-голям практически интерес. Феримагнетиците имат доменна структура, състояща се от две или повече подрешетки, свързани антиферомагнитно (антипаралелно). Тъй като подрешетките са образувани от атоми (йони) от различни химични елементи или неравномерното им число, те имат магнитни моменти с различна величина, насочени антипаралелно. В резултат се появява ненулева разлика в магнитните моменти на подрешетките, което води до спонтанно намагнитване на кристала. По този начин феримагнетиците могат да се считат за некомпенсирани антиферомагнетици (техните магнитни моменти на атомите не се компенсират). Тези материали получиха името си от феритите - първите некомпенсирани антиферомагнетици, а магнетизмът на феритите се нарича феримагнетизъм. Във феритите доменната структура, както във феромагнетиците, се формира при температури под точката на Кюри. Всички магнитни характеристики, въведени за феромагнетиците, са приложими за ферити. За разлика от феромагнетиците, те имат високо съпротивление, по-ниска индукция на насищане и по-сложна температурна зависимост на индукцията. Феромагнетизмът в металите се обяснява с наличието на обменно взаимодействие, което се образува между контактиращите атоми, както и с взаимната ориентация на спиновите магнитни моменти. Във феримагнетиците магнитните моменти на йоните са ориентирани антипаралелно и обменното взаимодействие протича не директно, а чрез кислородния йон О 2–. Това обменно взаимодействие се нарича непряк обмен или суперобмен. Той се увеличава с приближаването на междинния ъгъл от 0 ° до 180 °.