Spintronika teraz i tu



Podobne dokumenty
Rewolucja informatyczna od wewnątrz

Samoorganizujące się nanokompozyty na bazie metali przejściowych w GaN i ZnO

Proste struktury krystaliczne

Fizyka Laserów wykład 10. Czesław Radzewicz

Czego oczekujemy od LHC? Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Dynamika w magnetycznych złączach tunelowych

Wpływ wyników misji Planck na obraz Wszechświata

Metody pomiarowe spinowego efektu Halla w nanourządzeniach elektroniki spinowej

PL B1. POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL BUP 09/06. ROBERT P. SARZAŁA, Łódź, PL WŁODZIMIERZ NAKWASKI, Łódź, PL MICHAŁ WASIAK, Łódź, PL

Nanotechnologia. Nanotechnologia: gdzie jesteśmy i gdzie idziemy. Tomasz Dietl

Ć W I C Z E N I E N R O-10

Projekt MES. Wykonali: Lidia Orkowska Mateusz Wróbel Adam Wysocki WBMIZ, MIBM, IMe

UKŁAD ROZRUCHU SILNIKÓW SPALINOWYCH

Sensory optyczne w motoryzacji

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

MoŜliwości wykorzystania funduszy europejskich w latach

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego 23 marca 2012 r. zawody III stopnia (finałowe)

Przykłady oszczędności energii w aplikacjach napędowych

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

ECDL Advanced Moduł AM3 Przetwarzanie tekstu Syllabus, wersja 2.0

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo fotowoltaiczne

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA

Kalkulator energetyczny dla jednostek samorządu terytorialnego

Badanie przenikalności elektrycznej i tangensa kąta stratności metodami mikrofalowymi

Automatyczne Systemy Infuzyjne

Techniczne nauki М.М.Zheplinska, A.S.Bessarab Narodowy uniwersytet spożywczych technologii, Кijow STOSOWANIE PARY WODNEJ SKRAPLANIA KAWITACJI

Zaproszenie do projektu. Warszawa Lokalnie

Zarządzanie projektami. wykład 1 dr inż. Agata Klaus-Rosińska

Temat: Czy świetlówki energooszczędne są oszczędne i sprzyjają ochronie środowiska? Imię i nazwisko

Przyszłość i prawie teraźniejszość ZWYKŁA ELEKTRONIKA

MAKSYMALNA WYDAJNOŚĆ MŁOTY HYDRAULICZNE TYPU TXH

SPINTRONIKA. Przyszłość i prawie teraźniejszość

Wymagania edukacyjne z fizyki do gimnazjum Gimnazjum Sióstr Salezjanek w Ostrowie Wielkopolskim

Lekcja 173, 174. Temat: Silniki indukcyjne i pierścieniowe.

Ustawienie wózka w pojeździe komunikacji miejskiej - badania. Prawidłowe ustawienie

Spektroskopia UV-VIS zagadnienia

Stopy tytanu. Stopy tytanu i niklu 1

Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych.

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Wsparcie wykorzystania OZE w ramach RPO WL

DN-1 DEKLARACJA NA PODATEK OD NIERUCHOMOŚCI 2. ROK

PODSTAWOWE ELEMENTY ELEKTRONICZNE

SILNIKI ASYNCHRONICZNE INDUKCYJNE

Rozszczepienie poziomów atomowych

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego. Specyfikacja warunków zamówienia

Kalendarz Maturzysty 2010/11 Fizyka

Lekcja 15. Temat: Prąd elektryczny w róŝnych środowiskach.

ROZPORZÑDZENIE MINISTRA GOSPODARKI 1) z dnia 25 wrzeênia 2007 r.

NAJWAŻNIEJSZE ZALETY LAMP DIODOWYCH

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

LABORATORIUM OPTOELEKTRONIKI

888 A 888 V 1. ZASTOSOWANIE 2. BUDOWA GENERATOR NAPIĘCIA 3-FAZOWEGO L2 L3 N PE

Jak TO działa? Co to są półprzewodniki? TRENDY: Prawo Moore a. Google: Jacek Szczytko Login: student Hasło: *******

mgr inż. Zbigniew Modzelewski

wstrzykiwanie "dodatkowych" nośników w przyłożonym polu elektrycznym => wzrost gęstości nośników (n)

14P2 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - II POZIOM PODSTAWOWY

ROLA E-LEARNINGU W WYRÓWNYWANIU SZANS EDUKACYJNYCH OSÓB NIEPEŁNOSPRAWNYCH

Techniki korekcyjne wykorzystywane w metodzie kinesiotapingu

INSTRUKCJA OBSŁUGI URZĄDZENIA: HC8201

Scenariusz lekcji fizyki

PARAMETRY TECHNICZNE PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

+ + Struktura cia³a sta³ego. Kryszta³y jonowe. Kryszta³y atomowe. struktura krystaliczna. struktura amorficzna

na otaczający świat pozytywnie wpłynąć

Podstawy Mikroelektroniki

Wiedza niepewna i wnioskowanie (c.d.)

Nowe głowice Hunter - DSP 700

Sieć komputerowa grupa komputerów lub innych urządzeo połączonych ze sobą w celu wymiany danych lub współdzielenia różnych zasobów, na przykład:

Szczegółowe informacje na temat gumy, rodzajów gumy oraz jej produkcji można znaleźć w Wikipedii pod adresem:

OGŁOSZENIE O ZAPROSZENIU DO SKŁADANIA OFERT NA PRZEDMIOT Aplikacja do projektowania konstrukcji budowlanych związanych z odnawialnymi źródłami energii

USTAWA. z dnia 29 sierpnia 1997 r. Ordynacja podatkowa. Dz. U. z 2015 r. poz

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

ZAPYTANIE OFERTOWE. EKSPERT Maciej Mrozek. dot.: realizacji zadań (zajęcia/materiały/badania) w ramach kursów PRAWO JAZDY KAT: B oraz SAFE&ECO-DRIVING

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

dyfuzja w płynie nieruchomym (lub w ruchu laminarnym) prowadzi do wzrostu chmury zanieczyszczenia

Rodzaje i metody kalkulacji

POSTĘPOWANIE O UDZIELENIE ZAMÓWIENIA PUBLICZNEGO ZAPYTANIE OFERTOWE NR 2/1.2.B/2016

Właściwości materii - powtórzenie

CYFROWY MIERNIK REZYSTANCJI UZIEMIENIA KRT 1520 INSTRUKCJA OBSŁUGI

Architektura komputerów

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

Nagroda Nobla 2007 efekt GMR

Akademickie Centrum Czystej Energii. Fotoogniwo

Badania dyfrakcyjne cienkowarstwowych struktur pod kątem zastosowań w elektronice spinowej

CENTRUM CYFROWEJ ADMINISTRACJI

Sanden Manufacturing Poland Sp. z o.o.

KOMISJA WSPÓLNOT EUROPEJSKICH, uwzględniając Traktat ustanawiający Wspólnotę Europejską, ROZDZIAŁ 1

Politechnika Warszawska Wydział Matematyki i Nauk Informacyjnych ul. Koszykowa 75, Warszawa

LVI OLIMPIADA FIZYCZNA 2006/2007 Zawody II stopnia

Informacje uzyskiwane dzięki spektrometrii mas

nazwa...typ,... rok produkcji..., producent...,

ZASADY REPRODUKCJI SYMBOLI GRAFICZNYCH PRZEDMOWA

ZAPYTANIE OFERTOWE. Tłumaczenie pisemne dokumentacji rejestracyjnej ZAPYTANIE OFERTOWE

DB Schenker Rail Polska

Szkolenie wstępne InstruktaŜ stanowiskowy ELEKTRYK. opracowanie: Henryk Batarowski pod red. Bogdana Rączkowskiego

Poradnik, jak zamontować kompletny cylinder z głowicą 50, 60, 80ccm.

I. 1) NAZWA I ADRES: Zakład Gospodarki Mieszkaniowej, ul. Monte Cassino 8,

Transkrypt:

Spintronika teraz i tu Tomasz Dietl Instytut Fizyki PAN Instytut Fizyki Teoretycznej UW współpraca: Maciej Sawicki et al.; Jacek Majewski et al. Warszawa Alberta Bonanni et al. Linz Hideo Ohno et al. Sendai Dieter Weiss et al. Regensburg Shinji Kuroda et al. Tsukuba Joel Cibert et al. Grenoble Bryan Gallagher et al. Nottingham Laurens Molenkamp et al. Wuerzburg projekty: FunDMS ERC Advanced Grant sieć KE: SemiSpinNet Maria Curie action Fundacja Humboldta

Jan Gaj (1943-2011)

Postępy Fizyki 45, 125 (1994)

Marian Smoluchowski (1872-1917)

Przemiana metal-izolator Andersona-Motta Przemiana metal-izolator Andersona-Motta P(r,t) r 0, t 0 modyfikacja równania dyfuzji Smoluchowskiego przez kwantowe interferencje: -- fal rozproszonych -- amplitud oddziaływania między elektronami

Spintronika ładunek Elektronika = manipulowanie ładukami i prądami Spintronika = manipulowanie namagnesowaniem i prądami spinowymi manipulowanie pojedynczymi spinami (informatyka kwantowa)

Spintronika teraz i tu kto panuje nad materiałami, panuje nad technologią Tadahiro Sekimoto, prezes Nippon Electric Corporation 1. Tlenki: HfO 2 MgO 2. Półprzewodniki półmagnetyczne jednorodne nanokompozyty spintronika

Technologie informacyjno-komunikacyjne Technologie informacyjno-komunikacyjne informacja dostępna w każdym miejscu i o każdym czasie informacja w pełni zdigitalizowana szafy twardych dysków

Rewolucja informatyczna rewolucje polityczne Rewolucja informatyczna rewolucje polityczne 1987 r. 1989 r. PC/AT 8 MHz; 16 MB RAM; 20 MB HDD 50 milionów PCtów w USA 50 MHz, <1 m, 10 6 tranzystorów Tu... rosnące opóźnienie technologiczne...

Rewolucja informatyczna rewolucje polityczne Rewolucja informatyczna rewolucje polityczne 2011 r. centrum danych Facebooka w Oregonie

Rewolucja informatyczna Rewolucja informatyczna synergia nowych aplikacji z wykładniczym wzrostem efektywności przetwarzania przesyłania wytwarzania przechowywania informacji prawo Moora (Intel)

Nanostrukturyzacja

Liczba tranzystorów w kości 10 9 1,2 mld 10 4 1970 2010

Nanostrukturyzacja zmniejsza: -- cenę -- wagę cena jednego tranzystora mniejsza od ceny druku jednej litery w książce

Nanostrukturyzacja zmniejsza: -- cenę -- wagę zwiększa: -- pojemność prędkość fizyka: = (CR) 1/2 rozwój dzięki postępowi w litografii foto- electro- głeboki uv

Wkład litografii/nowych materiałów do wydajności Litografia r. 2010 Inowacje materiałowe r. 2000 Inowacje materiałowe

Wkład nowych materiałów do wydajności Litografia r. 2010 Inowacje materiałowe r. 2000

Nowe materiały w technologii krzemowej izolator bramkowy stressor kontakty połączenia Prawo Moore a dzięki nowym materiałom SiO 2 i Si powinny (i są) zastępowane

Tranzystor MOSFET ok. 50% mocy ciepło Joula prądu tunelowego przez bramkę

Zużycie mocy 1997 2007 fizyka: tunelowanie kwantowe

HfO 2

SiO 2 HfO 2 ok. 50% mocy ciepło Joula prądu tunelowego przez bramkę stała dielektryczna = 3.9 fizyka stała dielektryczna > 10 taka sama pojemność 10 4 mniejszy prąd tunelowania

Rzeczywista prędkość potrzebna zmiana architektury i zasad działania

Spintronika przechowywanie informacji

Gigantyczny magnetoopór (GMR) Gigantyczny magnetoopór (GMR) ΔR/R (%) 1.5 1.0 Fe/Cr/Fe 12nm/1nm/12nm 0.5 Fe Cr Fe 0.0-1500-1000-500 0 500 1000 1500 Magnetic field (G) G. Binasch, P.Grünberg et al. PRB 89 Nobel 2007 r. Odkrycie 1988/89 r. A. Fert P. Gruenberg

Struktury GMR do odczytu dysków twardych Struktury GMR do odczytu dysków twardych GMR read sensor przełączanie namagnesowania polem magnetycznym (R - R )/ R = 20%

MgO

Teoria ab initio (LSDA) prądu tunelowego A A Fe MgO Fe W. H. Butler et al. (Oak Ridge) PRB 2001 Spin-dependent tunneling conductance of Fe MgO Fe sandwiches J. Mathon and A. Umerski (London) PRB 2001 Theory of tunneling magnetoresistance of an epitaxial Fe/MgO/Fe(001) junction (R R )/ R 1200% >> 2P Fe2 /(1 P Fe2 ) fizyka: masa nośników ze spinem mniejszościowym b. duża w MgO

Wyniki doświadczalne

Magnetoopór tunelowy FeCoB MgO FeCoB TMR czujnik pola magnetycznego (jak GMR) - komórka pamięci -przełącznik (R 7R )

Przełączanie namagnesowania prądem fizyka: ds/dt wytwarza moment siły, który obraca namagnesowanie J. Slonczewski, JMMM 96, L. Berger, PRB 96

Universalna pamięć STT MRAM skalowalna trwała (> 10 lat) niezawodna szybka (ns) odporna na promieniowanie

Oczekiwania związane ze spintroniką

Logika z rozproszoną pamięcią ferromagnetyk MTJ CoFeB Ru CoFeB MgO CoFeB półprzewodnik CMOS 4 MTJs + 32 MOSs sumator: zużycie mocy 4x mniejsze S. Matsunaga et al. (Tohoku) APEX 08

Półprzewodniki ferromagnetyczne materiały wielofunkcyjne

Półprzewodniki półmagnetyczne standardowe półprzewodniki, np. GaAs, z domieszkami magnetycznymi np. Mn

Domieszkowanie na typ p ferromagnetyzm T. Story et al. [Warsawa] PRL 86, H. Ohno et al. [IBM, Tohoku] PRL 02, APL 06, TD, Y. Merle d Aubine [Grenoble, Warsaw] PRB 97, PRL 97 dziury w paśmie walencyjnym przenoszą sprzężenie ferro w półprzewodnikach półmagnetycznych żródło dziur w różnych półprzewodnikach z Mn: (II,Mn)VI: akceptory, np., N (III,Mn)V : Mn (Ga,Mn)As modelowy ferromagnetyk T C do ~ 190 K manipulowanie namagnesowaniem: domieszkowanie, naprężenia, światło, pole elektryczne,...

Kontrolowanie uporządkowania magnetycznego polem elektrycznym (ferro-fet) (In,Mn)As H. Ohno et al. [Tohoku, Warsaw] Nature 00 I

Kontrolowanie kierunku namagnesowania przełączanie namagnesowania napięciem małą mocą D. Chiba et al. [Tohoku, Warsaw] Nature 09

Oś łatwa [-110] 6 m [ 10-6 emu/cm 2 ] 4 2 m [-110] 0 < H << 1 Oe 0 V [-110] m [110] 0 0 10 20 30 40 Temperature [ K ] M. Sawicki et al. (Tohoku, Warsaw) Nature Phys. 10

Spinowa przemiana reorientacyjna 6 m [ 10-6 emu/cm 2 ] 4 2 m [110] m [-110] m [110] m [-110] 0 < H << 1 Oe 12 V 6 V 0 V 0 0 10 20 30 T C 40 Temperature [ K ] M. Sawicki et al. [Tohoku, Warsaw] Nature Phys. 10

Anizotropia płaszczyznowa teoria H u /M (SI units) 4 2 0-2 T = 0.5 T C [110] easy [110] easy Ga 0.95 Mn 0.05 As T << T C xy = 0.05% -4 0 1 2 3 Hole concentration (10 20 cm -3 ) fizyka: depopulacja podpasm pasma walencyjnego o róznym kierunku L L wpływa na s (spin orbita) J. Zemen et al. [Prague], PRB'09 W. Stefanowicz,... [Warsaw, Regensburg] PRB 10 M. Sawicki,... [Warsaw, Nottingham], PRB'05

Transfer do metalicznych ferromagnetyków

Anizotropia magnetyczna w Au/Co/Ag obszar do manipulacji d (nm) A. Kisielewski et al. [Białystok, Warsaw] PRL. 02

Efekt polowy w Fe w 300 K T. Maruyama et al. [Osaka, Tohoku] Nature Nanotechn. 09

Zastąpienie litografii przez samoorganizaję top-down bottom up nanokompozyty o kontrolowanej budowie z dokładnością atomową

Samorosnące kropki kwantowe w stopach półprzewodnikowych InAswGaAs PbSe w (Pb,Eu)Te (Ga,Cr)N Springholz et al. (Linz) Science 98 chemiczna separacja faz kontrolowana przez naprężenia

Energia agregacji kationów magnetycznych w GaN fizyka: dodatkowy wkład do energii wiązań chemicznych od orbitali d N. Gozalez Szwacki et al. [Warsaw] PRB 11 GGA+U K. Sato et al., RMP 10

Do synchrotronu ESRF Elettra MaxLab

(Ga,Fe)N - XPEEN 100 nm agregacja Fe I. Kowalik et al. [Warsaw, Linz, Trieste]

Dyfrakcja rentgenowska (Ga,Fe)N krystalograficzna separacja faz SXRD A. Bonanni et al., [Linz, Warsaw], PRL 08 nanokompozyt ε-fe 3 N T C = 575 K

Spontaniczne namagnesowanie (Ga,Fe)N, x < 1% 0.8 (Ga,Fe)N M S ( emu/cm 3 ) 0.6 0.4 0.2 M ( emu/cm 3 ) 1.0 0.5 0.0-0.5 T = 005K T = 100K T = 200K T = 320K T = 380K -1.0-20 0 20 40 60 H ( koe ) 0.0 0 100 200 300 400 500 600 Temperature ( K ) T C T C 545 K A. Bonanni,...,[Linz, Warsaw] PRB 07, PRL 08 A. Navaro-Quezada,...,,...,[Linz, Warsaw] PRB 2010

Kontrolowanie agregacji przez ko-domieszkowanie orbitale d w przerwie energetycznej (Ga,Fe)N Fe 3+ E F (Ga,Fe)N:Mg Fe 4+ E F zmiana wartościowości wpływ na agregację T. D. Nature Mat. 06 S. Kuroda et al. [Tsukuba, Warsaw] Nature Mat. 07 (Zn,Cr)Te:N,I

Kontrolowanie agregacji przez ko-domieszkowanie orbitale d w przerwie energetycznej (Ga,Fe)N Fe 3+ E F (Ga,Fe)N:Mg Fe 4+ E F zmiana wartościowości wpływ na agregację T. D. Nature Mat. 06 (Ga,Fe)N:Mg Mg A. Navaro-Quezada et al. [Linz, Warsaw] arxiv 11

Wpływ ko-domieszkowania Mg typu Mg A. Navaro-Quezada et al. [Linz, Warsaw] arxiv 11

Kontrolowanie agreacji przez ko-domieszkowanie GGA+U A. Navaro-Quezada et al., [Linz, Warsaw] arxiv 11

Separacja faz w półprzewodnikach półmagnetycznych (Ga,Mn)N Martínez-Criado,et al. (Grenoble) APL 05 (Ga,Fe)N (Ge,Mn) Bonanni (Linz/Warsaw) PRB 07 (Al,Cr)N (Ge,Fe) AHE enhanced Jamet et al. (Grenoble) Nature Mat. 06 (Ga,Cr)N Nanomagnesy Shuto et al. (Tokyo) APL 07 Guo et al. (Arizona) JMMM 06 w postaci kropek lub kolumn

Sepracja faz z symulacji Monte Carlo agregacja kationów magnetycznych wzrost kolumnowy K. Sato et al. (Osaka) JJAP 05,pps 07

Metallic nanocolumns in semiconductors possible electronic devices: array of SETs T. Fukushima et al. [Osaka] phys.stat.sol.(c) 06 to be demonstrated...

Self-organised nanomagnets in semiconductors media for: race track memory? logic gates? Dery et al. (UCSD) Nature 07 Parkin et al. (IBM) SPINTECH 05 magnetooptical devices? metallization?.?

Podsumowanie

Uwagi podsumowujące Uwagi podsumowujące elektronika czy spintronika? w spintronikę inwestują: NEC, Toshiba,... Samsung,... Crocus (Grenoble) + Rusnano (300 mln. $ maj 2011 r.)....

Podsumowanie 1965 2005 r. postęp dzięki litografii 2005 -?? postęp dzięki nowym materiałom i litografii?? litografia uporządkowane nanokompozyty??

Koniec