2. Аналитический обзор

2.1. Принципы спин – транспортной электроники

В настоящее время наука – спинтроника проходит процесс формирования и, как любая наука в этот период, она не имеет (пока) четких определений и моделей.

2.1.1. Об определении спинтроники

Термин спинтроника (spintronics – англ.) появился впервые в 1998 г. в совместном пресс релизе лабораторий Белла и Йельского университета, в котором была сформулирована задача создания устройств, сохраняющих информацию в атомах вещества, где биты кодировались бы электронными спинами. В Агентстве перспективных исследований министерства обороны США спинтронику определяют как спинтранспортную электронику. Согласно другим определениям спинтроника – это наука, для которой принципиальное значение имеет взаимосогласованное поведение заряда и спина электрона; «это новая ветвь микроэлектроники, где спин и заряд электрона представляют собой активный элемент для хранения и передачи информации, интегральных и функциональных микросхем, многофункциональных магнитооптоэлектронных устройств».

2.1.2. Основные направления развития спинтроники

Спинтроника развивается по следующим основным направлениям:

1) изготовление магнитных наноструктур, включая новые материалы, тонкие пленки и гетероструктуры, а также многофункциональные материалы;

2) магнетизм и спиновый контроль мaгнитных наноструктур, теории ферромагнитного обмена в разбавленных магнитных полупроводниках, туннельных эффектов и спиновой инжекции, транспорта и детектирования магнетизма;

3) магнитоэлектроника и приборы на основе эффекта гигантского магнитосопротивления (ГМС), туннельные устройства, полупроводниковые гетероструктуры для инжекции спинов, их транспорт и детектирование, импульсный ферромагнетизм;

4) магнитооптические свойства магнитных полупроводниковых гетероструктур на постоянном токе и с временным разрешением, оптическая спиновая инжекция и детектирование, оптически индуцированный ферромагнетизм, сверхбыстрые магнитооптические переключатели; передача квантовой информации;

5) распознавание образов; получение изображений и метрология, включая магнитное распознавание образов и аномальный эффект Холла;

6) приборостроение и прикладные исследования.

В настоящей работе рассмотрены основные магнито-электрические эффекты в магнитных полупроводниках и приборы основанные на спиновых эффектах.

2.2 Спиновые взаимодействия в полупроводниках

2.2.1. Общие представления о магнитных полупроводниках

Зонная структура магнитного полупроводника отличается от двухзонной структуры обычных полупроводников, металлов и диэлектриков наличием особой - третьей зоны (рис. 1), которая образуется электронными d- и f- оболочками атомов переходных или редкоземельных элементов (рис.2) .

Рис.1 Рис.2

В обычных условиях спины с различной ориентацией компенсируют друг друга, поэтому спиновый ток равен нулю. Если спины всех частиц принимают одну и ту же ориентацию, возникает макроскопическая намагниченность вещества. Электроны с заданным состоянием спина называют также поляризованными электронами.