Spin inženýrství - Spin engineering - Wikipedia

Spin inženýrství popisuje ovládání a manipulaci s kvantová rotace systémy pro vývoj zařízení a materiálů. To zahrnuje použití rotace stupně svobody jako sonda pro jevy založené na rotaci. Kvůli základnímu významu kvantového spinu pro fyzikální a chemické procesy je spinové inženýrství relevantní pro širokou škálu vědeckých a technologických aplikací. Aktuální příklady se pohybují od Bose – Einsteinova kondenzace k rotaci datového úložiště a čtení na nejmodernějších jednotkách pevného disku, stejně jako z výkonných analytických nástrojů, jako je nukleární magnetická rezonance spektroskopie a elektronová paramagnetická rezonance spektroskopie k vývoji magnetických molekul jako qubits a magnetické nanočástice. Kromě toho spinové inženýrství využívá funkce spinu k navrhování materiálů s novými vlastnostmi a také k lepšímu porozumění a pokročilým aplikacím konvenčních materiálových systémů. Mnoho chemických reakcí je navrženo k vytvoření sypkých materiálů nebo jednotlivých molekul s dobře definovanými vlastnostmi spinu, jako je a magnet s jednou molekulou Cílem tohoto článku je poskytnout přehled oblastí výzkumu a vývoje, kde je kladen důraz na vlastnosti a aplikace kvantové rotace.

Úvod

Protože spin je jednou ze základních kvantových vlastností elementární částice je relevantní pro širokou škálu fyzikálních a chemických jevů. Například rotace elektron hraje klíčovou roli v elektronová konfigurace atomů, který je základem periodické tabulky prvků. Původ feromagnetismus také úzce souvisí s magnetickým momentem spojeným se spinem a spinově závislým Pauliho princip vyloučení. Tedy inženýrství feromagnetických materiálů jako mu-kovy nebo Alnico na počátku minulého století lze považovat za rané příklady spinového inženýrství, ačkoli koncept spin nebyl v té době ještě znám. Spinové inženýrství v jeho obecném smyslu bylo možné až po první experimentální charakterizaci rotace v Stern – Gerlachův experiment v roce 1922 následoval vývoj relativistická kvantová mechanika Paul Dirac. Tato teorie byla první, která se přizpůsobila rotaci elektronu a jeho magnetickému momentu.

Zatímco fyzika spinového inženýrství sahá až k průkopnickým objevům kvantové chemie a fyziky v prvních desetiletích 20. století, chemickým aspektům spinového inženýrství se dostalo pozornosti zejména v posledních dvaceti letech. Dnes se vědci zaměřují na specializovaná témata, jako je návrh a syntéza molekulární magnety nebo jiné modelové systémy za účelem pochopení a využití základních principů za jevy, jako je vztah mezi magnetismem a chemickou reaktivitou, jakož i mechanické vlastnosti kovů související s mikrostrukturou a biochemický dopad spinu (např. fotoreceptorové proteiny ) a odstřeďování.

Výzkumné oblasti spinového inženýrství

Spintronika

Hlavní článek: Spintronika

Spintronics je využití jak vnitřní rotace elektronu, tak jeho základního elektronového náboje v polovodičových zařízeních, a je tedy součástí spinového inženýrství. Spintronics je pravděpodobně jedním z nejpokročilejších oborů spinového inženýrství s mnoha důležitými vynálezy, které lze nalézt v zařízeních koncových uživatelů, jako jsou čtecí hlavy pro magnetické pevné disky. Tato část je rozdělena na základní spintronické jevy a jejich aplikace.

Základní spintronické jevy

Aplikace spintroniky

tato část je věnována současným a možným budoucím aplikacím spintroniky, které využívají jeden nebo kombinaci několika základních spintronických jevů:

Spinové materiály

materiály, jejichž vlastnosti jsou určeny nebo silně ovlivněny kvantovou rotací:

  • Magnetické slitiny, tj. Heuslerovy sloučeniny
  • Grafen systémy
  • Organické spinové materiály[8]
  • Molekulární nanomagnety
  • Magnetické molekuly
  • Organické radikály
  • Metamateriály s umělým magnetismem

Detekce založená na odstřeďování

metody charakterizace materiálů a fyzikálních nebo chemických procesů pomocí jevů založených na odstřeďování:

Reference

  1. ^ Y Cerkovnyak; et al. (2002). „Enhanced Gilbert Damping in Thin Ferromagnetic Films“. Dopisy o fyzické kontrole. 88 (11): 117601. arXiv:cond-mat / 0110247. Bibcode:2002PhRvL..88k7601T. doi:10.1103 / PhysRevLett.88.117601. PMID  11909427. S2CID  23781506.
  2. ^ C Sandweg; et al. (2011). "Čerpání točení pomocí parametricky vzrušených výměnných magnetů". Dopisy o fyzické kontrole. 106 (21): 216601. arXiv:1103.2229. Bibcode:2011PhRvL.106u6601S. doi:10.1103 / PhysRevLett.106.216601. PMID  21699324. S2CID  14519388.
  3. ^ S Takahashi a S Maekawa (2008). "Spinový proud, akumulace odstřeďování a odstředivý Hallův efekt *". Věda a technologie pokročilých materiálů. 9 (1): 014105. Bibcode:2008STAdM ... 9a4105T. doi:10.1088/1468-6996/9/1/014105. PMC  5099800. PMID  27877931.
  4. ^ J-C Le Breton; et al. (2011). "Tepelný spinový proud z feromagnetu na křemík podle Seebeckova tunelového tunelu". Příroda. 475 (7354): 82–85. Bibcode:Natur.475 ... 82L. 2011. doi:10.1038 / příroda10224. PMID  21716285. S2CID  4422579.
  5. ^ K. Uchida; et al. (2011). „Dálkový efekt Seebeckova efektu a čerpání akustického odstřeďování“. Přírodní materiály. 10 (10): 737–741. arXiv:1103.6120. Bibcode:2011NatMa..10..737U. doi:10.1038 / nmat3099. PMID  21857673. S2CID  118009611.
  6. ^ G E Bauer a Y Tserkovnyak (2011). "Transmutace Spin-Magnon". Fyzika. 4: 40. Bibcode:2011PhyOJ ... 4 ... 40B. doi:10.1103 / Fyzika. 4.40.
  7. ^ Y Kajiwara; et al. (2010). "Přenos elektrických signálů pomocí přeměny spinových vln v magnetickém izolátoru". Příroda. 464 (7286): 262–266. Bibcode:2010Natur.464..262K. doi:10.1038 / nature08876. PMID  20220845. S2CID  4426579.
  8. ^ S Sanvito; et al. (2011). "Organická spintronika: Filtrování rotací pomocí molekul". Přírodní materiály. 10 (7): 484–485. Bibcode:2011NatMa..10..484S. doi:10.1038 / nmat3061. PMID  21697848.

externí odkazy