717-3924/01 – Nanosenzory a spintronika (NaS)
| Garantující katedra | Katedra fyziky | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | doc. Dr. Mgr. Kamil Postava | Garant verze předmětu | doc. Dr. Mgr. Kamil Postava |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | volitelný odborný |
| Ročník | 2 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2016/2017 | Rok zrušení | 2019/2020 |
| Určeno pro fakulty | USP | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
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
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky