Спиновый клапан представляет собой устройство, состоящее из двух или более магнитных материалов проводят, чье электрическое сопротивление может изменяться между двумя значениями в зависимости от относительного выравнивания намагниченности в слоях. Изменение сопротивления является результатом гигантского магниторезистивного эффекта . Магнитные слои устройства выравниваются «вверх» или «вниз» в зависимости от внешнего магнитного поля . В простейшем случае спиновой клапан состоит из немагнитного материала, зажатого между двумя ферромагнетиками , один из которых закреплен (закреплен) антиферромагнетиком, который увеличивает его магнитную коэрцитивность.и ведет себя как «жесткий» слой, в то время как другой является свободным (открепленным) и ведет себя как «мягкий» слой. Из-за разницы в коэрцитивной силе мягкий слой меняет полярность при более низкой напряженности приложенного магнитного поля, чем жесткий. При приложении магнитного поля соответствующей силы мягкий слой переключает полярность, создавая два различных состояния: параллельное состояние с низким сопротивлением и антипараллельное состояние с высоким сопротивлением.
Как это работает
Спиновые клапаны работают благодаря квантовому свойству электронов (и других частиц), называемому спином . Из-за расщепления плотности состояний электронов при энергии Ферми в ферромагнетиках возникает чистая спиновая поляризация. Следовательно, электрический ток, проходящий через ферромагнетик, несет как заряд, так и спиновую составляющую. Для сравнения, нормальный металл имеет равное количество электронов со спинами вверх и вниз, поэтому в ситуациях равновесия такие материалы могут выдерживать ток заряда с нулевой составляющей чистого спина. Однако, пропуская ток от ферромагнетика в нормальный металл, можно передать спин. Таким образом, нормальный металл может передавать спин между отдельными ферромагнетиками при достаточно большой длине диффузии спина .
Передача спина зависит от выравнивания магнитных моментов в ферромагнетиках. Если, например, ток проходит в ферромагнетик, основной спин которого вращается вверх, то электроны со спином вверх будут проходить относительно беспрепятственно, тогда как электроны со спином вниз будут либо `` отражаться '', либо разбегаться с переворотом спина, чтобы вращаться вверх при встрече с ферромагнетиком. найти пустое энергетическое состояние в новом материале. Таким образом, если и неподвижный, и свободный слои поляризованы в одном направлении, устройство имеет относительно низкое электрическое сопротивление, тогда как если приложенное магнитное поле меняется на противоположное и полярность свободного слоя также меняется, то устройство имеет более высокое сопротивление из-за дополнительных энергия, необходимая для рассеяния с переворотом спина.
Антиферромагнитные и немагнитные слои
Антиферромагнитный слой необходим, чтобы закрепить один из ферромагнитных слоев (то есть сделать его фиксированным или магнитоустойчивым). Это происходит из-за большой отрицательной обменной энергии связи между контактирующими ферромагнетиками и антиферромагнетиками.
Немагнитный слой необходим для разделения двух ферромагнитных слоев, чтобы хотя бы один из них оставался свободным (магнитомягким).
Псевдоспиновые клапаны
Основные принципы работы псевдоспинового клапана идентичны принципам обычного спинового клапана, но вместо изменения магнитной коэрцитивной силы различных ферромагнитных слоев путем закрепления одного антиферромагнитным слоем, два слоя состоят из разных ферромагнетиков с разной коэрцитивной силой. например, NiFe и Ко. Обратите внимание, что коэрцитивная сила в значительной степени является внешним свойством материалов и, таким образом, определяется условиями обработки.
Приложения
Спиновые клапаны используются в магнитных датчиках и считывающих головках с жестких дисков . [1] Они также используются в магнитной памяти с произвольным доступом ( MRAM ).
Смотрите также
Рекомендации
- ^ "Спинтроника материалов и исследований явлений" . Проверено 13 января 2012 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )