Spinnventil
En spinnventil är en anordning, bestående av två eller flera ledande magnetiska material, vars elektriska motstånd kan växla mellan två värden beroende på den relativa inriktningen av magnetiseringen i lagren. Resistansförändringen är ett resultat av den enorma magnetoresistiva effekten . De magnetiska skikten på enheten riktas "upp" eller "ner" beroende på ett externt magnetfält . I det enklaste fallet består en spinnventil av ett icke-magnetiskt material inklämt mellan två ferromagneter , varav den ena är fixerad (nålad) av en antiferromagnet som verkar för att höja sin magnetiska koercitivitet och beter sig som ett "hårt" lager, medan den andra är ledig (upplåst) och beter sig som ett "mjukt" lager. På grund av skillnaden i koercitivitet ändrar det mjuka lagret polaritet vid lägre applicerad magnetfältstyrka än det hårda. Vid applicering av ett magnetiskt fält med lämplig styrka byter det mjuka lagret polaritet, vilket ger två distinkta tillstånd: ett parallellt tillstånd med låg resistans och ett antiparallellt tillstånd med hög resistans.
Hur det fungerar
Spinnventiler fungerar på grund av en kvantegenskap hos elektroner (och andra partiklar) som kallas spin . På grund av en splittring i tätheten av elektrontillstånd vid Fermi-energin i ferromagneter, uppstår en nettospinnpolarisation. En elektrisk ström som passerar genom en ferromagnet bär därför både laddning och en spinnkomponent. Som jämförelse har en normal metall lika många elektroner med upp- och nedsnurr, så i jämviktssituationer kan sådana material upprätthålla en laddningsström med en noll nettospinnkomponent. Men genom att överföra en ström från en ferromagnet till en normal metall är det möjligt för spinn att överföras. En normal metall kan alltså överföra spinn mellan separata ferromagneter, med förbehåll för en tillräckligt lång spindiffusionslängd .
Spintransmission beror på inriktningen av magnetiska moment i ferromagneterna. Om en ström passerar in i en ferromagnet vars majoritetsspinn är spin up, till exempel, kommer elektroner med spin up att passera relativt obehindrat, medan elektroner med spin down kommer att antingen "reflektera" eller spin flip scatter för att snurra upp när de möter ferromagneten att hitta ett tomt energitillstånd i det nya materialet. Om både det fasta och det fria skiktet är polariserade i samma riktning, har anordningen ett relativt lågt elektriskt motstånd, medan om det applicerade magnetfältet vänds och det fria skiktets polaritet också vänder, så har anordningen ett högre motstånd på grund av den extra energi som krävs för spin flip-spridning.
Antiferromagnetiska och icke-magnetiska skikt
Ett antiferromagnetiskt lager krävs för att nåla ett av de ferromagnetiska lagren (dvs göra det fixerat eller magnetiskt hårt). Detta beror på en stor negativ utbyteskopplingsenergi mellan ferromagneter och antiferromagneter i kontakt.
Det icke-magnetiska skiktet krävs för att frikoppla de två ferromagnetiska skikten så att åtminstone ett av dem förblir fritt (magnetiskt mjukt).
Pseudo spin ventiler
De grundläggande funktionsprinciperna för en pseudospinnventil är identiska med den för en vanlig spinnventil, men istället för att ändra den magnetiska koercitiviteten för de olika ferromagnetiska lagren genom att fästa ett med ett antiferromagnetiskt lager, är de två lagren gjorda av olika ferromagneter med olika koerciviteter t.ex. NiFe och Co. Observera att koercitiviteter till stor del är en yttre egenskap hos material och därför bestäms av processförhållanden.
Ansökningar
Spinventiler används i magnetiska sensorer och hårddiskläshuvuden . De används också i magnetiska direktminnen ( MRAM ).