717-9005/01 – Spintronika (SPI)

Garantující katedraKatedra fyzikyKredity10
Garant předmětudoc. Dr. Mgr. Kamil PostavaGarant verze předmětudoc. Dr. Mgr. Kamil Postava
Úroveň studiapostgraduálníPovinnostpovinně volitelný
RočníkSemestrzimní + letní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2016/2017Rok zrušení2017/2018
Určeno pro fakultyUSPUrčeno pro typy studiadoktorské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
HAM0016 Mgr. Jaroslav Hamrle, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zkouška 20+0
kombinovaná Zkouška 20+0

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

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 spinově-polarizovaného proudu a spinové akumulace. Poté je uveden 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.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace

Anotace

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, Fermi-Diracova 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.

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).

Doporučená literatura:

1. T. Valet and A. Fert, Theory of the perpendicular magnetoresistance in magnetic multilayers, Phys. Rev. B 48, 7099 (1993). 2. T. Yang, T. Kimura and Y. Otani, Giant spin-accumulation signal and pure spin-current-induced reversible magnetization switching, Nature Physics 4, 851 (2008).

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

E-learning

Další požadavky na studenta

Vyžadována systematická domácá příprava.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

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.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 2016/2017 zimní semestr, platnost do: 2017/2018 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zkouška Zkouška  
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2017/2018 (P3942) Nanotechnologie (3942V001) Nanotechnologie P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2017/2018 (P3942) Nanotechnologie (3942V001) Nanotechnologie K čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2017/2018 (P3942) Nanotechnologie K čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (P3942) Nanotechnologie (3942V001) Nanotechnologie P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (P3942) Nanotechnologie (3942V001) Nanotechnologie K čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku