Spintronik (magneto elektronik), spin-yük transferi
(spin-polarize transport) etkisine dayalı bir katı hal elektronikler dalıdır.
Bilim alanı, elektronların (spinler) intrinsik magnetik momentleri ve
elektromagnetik alanlar arasındaki etkileşim sonuçlarının incelenmesi, ayrıca spin-elektronik
enstrümanlar ve cihazların geliştirilmesi için bu etkilerin uygulanmasıyla
ilgilenir.
Spintronik bir cihaz yaratmak için iki temel bileşen gerekir; bunlar bir
spin-polarize elektron kaynağı ile spin-polarize elektronlara hassas bir alıcı
sistemdir (dedektör). Kaynak ve dedektör arasındaki transport prosesinde
elektron spinleriyle manipülasyonlar bir dış magnetik alan veya spin-orbit
etkileşimleriyle yaratılan etkin alanlar yoluyla gerçekleştirilir.
Spin-polarize akım üretmenin en kolay yolu ferromagnetik bir malzemeden
akım geçirmektir. Tipik bir GMR cihazı (dev magnetik direnç efektine dayalı bir
cihaz), iletken non-magnetik bir malzemeyle ayrılmış, en az iki feromagnetik
tabakadan oluşur. Ferromagnetik tabakaların magnetizasyon vektörleri paralel
olduğunda (akan akım kuvveti en yüksek değere ulaşır) elektrik direnç
minimaldir, ve karşıt yönlü manyetizasyon vektörleri durumunda ise akım kuvvet
değeri minimaldir. Magnetik alan sensörlerin çalışması bu etkiye dayanır. GMR cihazlarında üretilen akımın
ferromanyetik tabakalara hem dikey hem de paralel akabileceği unutulmamalıdır.
GMR etkiye
ilaveten, spintronik cihazlar ‘tünelleme magnetodirenç (TMR) etkileri de
kullanabilir. Bu durumda elektronların akışı, ferromagnetik tabakaları ayıran
ince bir izolasyon tabakası boyunca kuantum-mekanik tünellemeyle yaratılır; veya,
cihazın ferromagnetik elektrotlarının magnetizasyon vektörünün, spin polarize
elektronları akımıyla kontrol edildiği spin tork etkisiyle yaratılır.
En çok bilinen ve
yaygın olarak kullanılan spintronic cihazlar sabit sürücülerdir. Son
zamanlarda, GMR ve TMR etkilerine dayalı magnetik sensörlerin kullanılması,
okuma kafalarının hassasiyetini önemli derecede geliştirmiştir.
Bilinen diğer bir
spintronik aygıt, polarize elektronların magnetik kuantum tünellemeyle injekte
edildiği ‘magnetik rastgele erişimli bellektir (MRAM)’. İki ferromanyetik
katman arasındaki bu gibi elektron tünel bağlantıları kontrol edilebilirdir.
Her bağlantı bir bit bilgi depolayabilir, bu da yeni bir tip elektronik
yarıiletken hafızanın (yüksek-hız yazma ve okuma ve yüksek-yoğunluklu kayıt)
yaratılmasını kolaylaştırır.
Tipik spintronik sistemler
