516-0078/01 – Nanosenzory a spintronika (NaS)

Garantující katedraInstitut fyzikyKredity4
Garant předmětuMgr. Jaroslav Hamrle, Ph.D.Garant verze předmětuMgr. Jaroslav Hamrle, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostvolitelný odborný
Ročník2Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2007/2008Rok zrušení2015/2016
Určeno pro fakultyUSPUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
HAM0016 Mgr. Jaroslav Hamrle, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+1

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Modifikovat a rekonstruovat matematické modely pro popis šíření elmag vln v nanostrukturách. Formulovat základní fyzikální principy v senzorice a spintronice. Posoudit a predikovat aplikační možnosti.

Vyučovací metody

Přednášky

Anotace

Předmět vychází ze současného stavu rychle se rozvíjejícího oboru spintroniky, t.j. elektroniky využívající spin elektronu. Předmět pokrývá většinu důležitých směrů současné spintroniky. Předmět začíná definicí popisem elektronu a jeho spinu v pevné látce, pokračuje popisem spinově-polarizovaného proudu a spinové akumulace. Poté je uveden princip generace spinově polarizovaného proudu v nemagnetických materiálech, jak pomocí spinové injekce, tak pomocí spin-pumping. Dále jsou diskutovány nejdůležitější magnetoresistivní jevy (AMR, GMR, TMR), stejně tak jako spinový moment (spinový transfer). Následuje několik prototypových příkladů použití těchto jevů v laterálních systémech a v průmyslových aplikacích. Závěrem je stručný úvod do spin-kalorimetrie a do materiálů používaných ve spintronice.

Povinná literatura:

1. Nanomagnetism and Spintronics, Teruya Shinjo (Editor), Elsevier (2009). 2. Concepts in spin-electronics, S. Maekawa, Oxford University Press (2006). 3. F.J. Jedema, PhD. thesis, University of Groningen, The Netherlands (2002). 4. T. Valet and A. Fert, Theory of the perpendicular magnetoresistance in magnetic multilayers, Phys. Rev. B 48, 7099 (1993). 5. T. Yang, T. Kimura and Y. Otani, Giant spin-accumulation signal and pure spin-current-induced reversible magnetization switching, Nature Physics 4, 851 (2008).

Doporučená literatura:

GRIMES, Craig A., DICKEY, Elizabeth C., PISHKO, Michael V.: Encyclopedia of Sensors, American Scientific Publishers, 10 dílů, ISBN: 1-59883-056-X, 2005.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

E-learning

Další požadavky na studenta

Systematická domácí příprava.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

1. Kvantový popis elektronu (vlnová funkce, princip neurčitosti, tunelování). Orbitální a spinový moment elektronu. Nekolineární magnetizace, Pauliho matice. 2. Elektron v pevné látce. Fermiho hladina, Bose-Einsteinova distribuce. Difuzní a balistický transport elektronu v pevné látce. 3. Spinová akumulace a spinově polarizovaný proud. Injekce spinově polarizovaného proudu z ferromagnetických do dia/para-magnetických materiálů pomocí nábojového proudu. Valet-Fert teorie. Conduction mismatch. 4. Magnetoresistivní jevy. Anisotropní magnetoresistivita (AMR). Obrovská magneto-resistivita (giant magnetoresistance – GMR). Koherentní a nekoherentní spinové magnetoresistivní tunelování (tunnelling magnetoresistance TMR). 5. Generace spinového proudu pomocí spin-pumping. Základy dynamiky magnetizace (FMR resonance, Landau-Lifschitz rovnice) za přítomnosti spinově-polarizovaného proudu. Spinový moment neboli spin-transfer (působení spinově polarizovaného proudu na magnetizaci). Pohyb doménové a změna magnetizace stěny pomocí spinově-polarizovaného proudu. Spinové magnetické oscilátory (volné, vázané). 6. Laterální zařízení využívající spin-polarizovaného proudu. Lokální a nelokální spinová injekce. Tří-dimenzionální tok spinově polarizovaného proudu. 7. Principy zařízení používající spinově-polarizovaný proud (GMR-TMR head, hard-disk, MRAM paměti, race track memory, spinové oscilátory). 8. Spin-Hallův jev. Inverzní spin-Hallův jev. Spinová kalorimetrie. Generace spinového proudu gradientem teploty. 9. Spinový proud v kovech. Materiály pro spintroniku. Vztah mezi spinovou polarizací proudu a Fermiho hladinou. Spinová relaxace. Polokovy, polokovové Heuslerovi slitiny. 10. Spinový proud v polovodičích a organických materiálech. Rashba efekt. Vztah spinově-polarizovaného proudu a detekovaného/radiovaného světla.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr, platnost do: 2015/2016 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40 (40) 0
                Písemka Písemka 40  0
        Zkouška Zkouška 60 (60) 0
                Písemná zkouška Písemná zkouška 20  0
                Ústní zkouška Ústní zkouška 40  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2015/2016 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2014/2015 (N3942) Nanotechnologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2013/2014 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2012/2013 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2011/2012 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2010/2011 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2009/2010 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2008/2009 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku