9360-0171/02 – Nanosenzory a spintronika (NaS)

Garantující katedraCentrum nanotechnologiíKredity3
Garant předmětudoc. Dr. Mgr. Kamil PostavaGarant verze předmětudoc. Dr. Mgr. Kamil Postava
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostvolitelný odborný
Ročník2Semestrletní
Jazyk výukyangličtina
Rok zavedení2018/2019Rok zrušení2020/2021
Určeno pro fakultyUSPUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
POS40 doc. Dr. Mgr. Kamil Postava
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
Cvičení (v učebně)

Anotace

Předmět vychází ze současného stavu rychle se rozvíjejícího oboru spintroniky, t.j. elektroniky využívající spin elektronu. Předmět pokrývá velkou část směrů současné spintroniky. Studenti budou uvedeni do problematiky relativistické kvantové mechaniky, která je základem spintroniky a budou seznámeni s popisem spinového momentu hybnosti. Předmět dále zahrnuje popis šíření spinového proudu v nanostrukturách a principy generace spinové akumulace. Dále jsou diskutovány nejdůležitější magnetoresistentní jevy (AMR, GMR, TMR) a vliv magnetického momentu spinového proudu na magnetický stav materiálu. Následuje popis dalších spinových jevů, spin Hallův jev, Rashbův jev a úvod do spintroniky polovodičů.

Povinná literatura:

Teruya Shinjo (Editor), Nanomagnetism and Spintronics, Elsevier (2009). S. Maekawa, Concepts in spin-electronics, Oxford University Press (2006). F.J. Jedema, PhD. thesis, University of Groningen, The Netherlands (2002). T. Valet and A. Fert, Theory of the perpendicular magnetoresistance in magnetic multilayers, Phys. Rev. B 48, 7099 (1993). 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:

A. C. Grimes, E. C. Dickey, M.V. Pishko.: Encyclopedia of Sensors, American Scientific Publishers, 10 dílů, ISBN: 1-59883-056-X, 2005. P. Strange, Relativistic Quantum Mechanics, Cambridge University Press 1998.

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: 2018/2019 zimní semestr, platnost do: 2020/2021 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100  51
        Zápočet Zápočet  
        Zkouška Zkouška  
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P angličtina Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P angličtina Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku