Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 23 (vyšlo 15. června, ročník 5 (2007)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Spinom spínané svetlo

Vladimír Scholtz

Mnoho výskumníkov sa snaží vyvinúť spintronické zariadenia a teda využitím spinu elektrónu a jeho náboja spracovávať informácie. Iní sa zase zameriavajú na interakciu medzi svetlom a povrchom materiálu, kde vznikajú kolektívne oscilácie elektrónov, zvané plazmónyPlazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací elektronového plynu v pevných látkách (v krystalové mříži kovů, v nekovech, v plastech). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů na pozadí kationtů krystalové mříže. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo vizuálním oboru., aby mohli vytvoriť plazmonické zariadenia pre spracovanie a prenos dát. Výskumníkom z Naval Research Laboratory vo Washintone, DC sa podarilo vytvoriť materiál kombinujúci spintronické a plazmatronické vlastnosti a s jeho pomocou spínať terahertzový svetelný lúč.

Spin – vlastní (vnitřní) rotační moment částice souvisící s Lorentzovou symetrií. Pro částici v centrálním poli se přirozeným způsobem skládá s momentem hybnosti. Částice s nenulovým spinem se mohou chovat jako elementární magnetické dipóly μ, aniž by měly elektrický náboj. Takové částice reagují na vnější magnetická pole.

Spintronika – spinová elektronika neboli magnetoelektronika. Jde o technologii využívající kvantové vlastnosti spinu elektronu, případně celého atomu. Zatímco v klasické elektronice je nositelem informace elektrický proud, resp. tok elektronů, ve spintronice se kromě náboje elektronu využívá i orientace jeho spinu.

Plazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací elektronového plynu v pevných látkách (v krystalové mříži kovů, v nekovech, v plastech). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů na pozadí kationtů krystalové mříže. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo vizuálním oboru.

AMR – Anizotropní magnetorezistence. Magnetorezistence je jev, při kterém dochází ke zvýšení rezistence (odporu) materiálu vlivem vnějšího magnetického pole. Tento jev poprvé pozoroval William Thomson v roce 1856. Anizotropní rezistence závisí na směru proudu tekoucího materiálem.

Materiál je zhotovený z malých čiastočiek magnetického kobaltu s veľkosťou asi 10 μm, ktoré sú čiastočne obalené nemagnetickým zlatom. Ak tento materiál vystavíme externému magnetickému poľu, začnú sa elektrónyElektron – první objevená elementární částice. Je stabilní. Hmotnost má 9,1×10−31 kg a elektrický náboj 1,6×10−19 C. Elektron objevil sir Joseph John Thomson v roce 1897. Existenci antičástice k elektronu (pozitron) teoreticky předpověděl Paul Dirac v roce 1928 a objevil Carl Anderson v roce 1932. v kobaltových zrnách spinovo polarizovať. Pokiaľ na tento materiál dopadne svetlo s frekvenciou rádovo THz, elektromagnetické pole svetelného lúča spôsobí, že na hranici zlata a kobaltu sa spinovo polarizované elektróny premiestnia z kobaltu do zlata (pozrite obrázok). Vďaka tomu vzrastie elektrický odpor hranice medzi zlatom a kobaltom. Tento efekt sa nazýva anizotropná magnetorezistancia (AMRAMR – Anizotropní magnetorezistence. Magnetorezistence je jev, při kterém dochází ke zvýšení rezistence (odporu) materiálu vlivem vnějšího magnetického pole. Tento jev poprvé pozoroval William Thomson v roce 1856. Anizotropní rezistence závisí na směru proudu tekoucího materiálem.). Zvýšenie elektrického odporu zabraňuje šíreniu plazmónovPlazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací elektronového plynu v pevných látkách (v krystalové mříži kovů, v nekovech, v plastech). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů na pozadí kationtů krystalové mříže. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo vizuálním oboru. a teda šíreniu vlnenia. Priepustnosť svetla je tým značne obmedzená a v prípade niektorých vzoriek dochádza k pohlteniu až 70 % svetla. Pri vypnutí magnetického poľa sa elektróny vrátia na pôvodné miesto, nedochádza k efektu AMRAMR – Anizotropní magnetorezistence. Magnetorezistence je jev, při kterém dochází ke zvýšení rezistence (odporu) materiálu vlivem vnějšího magnetického pole. Tento jev poprvé pozoroval William Thomson v roce 1856. Anizotropní rezistence závisí na směru proudu tekoucího materiálem. a väčšina svetla prechádza materiálom vo forme plazmónovPlazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací elektronového plynu v pevných látkách (v krystalové mříži kovů, v nekovech, v plastech). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů na pozadí kationtů krystalové mříže. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo vizuálním oboru..

Princíp

Svetelné žiarenie sa šíri vo forme plazmónovPlazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací elektronového plynu v pevných látkách (v krystalové mříži kovů, v nekovech, v plastech). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů na pozadí kationtů krystalové mříže. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo vizuálním oboru. po povrchu kobaltu, ktorý je čiastočne obalený zlatom. Bez prítomnosti elektrického poľa (B = 0 mT) sú elektróny a ich spiny rozložené rovnomerne. V prítomnosti magnetického poľa (B = 150 mT) a svetelného žiarenia dochádza k spinovej polarizácii elektrónov a ich čiastočnému prestupu z povrchu kobaltu do zlata, čo zabraňuje šíreniu sa plazmónov po povrchu materiálu. Prevzaté z [1].

Abdul Elezzabi z výskumného kolektívu tvrdí, že podobný efekt pozorovali aj v iných magnetických materiáloch a v súčasnosti sa snažia nájsť materiál, u ktorého by bol tento efekt ešte významnejší. Tvrdí, že nie je principiálny problém pozorovať tento efekt aj pri iných frekvenciách ako terahertzových.. Pri vyššej frekvencii elektromagnetického žiarenia však nie sú elektróny schopné udržať sa v zlatom povlaku a nedochádza k nárastu rezistivity. V súčasnosti sa však tento kolektív snaží registrovať patent na viacero zariadení pracujúcich na tomto princípe.

Laboratórium

Pohľad do laboratória Dr. Elezzabiho.

Klip týdne: Spintronický tranzistor

Spinotronický tranzistor (wmv, 2 MB)

Spintronický tranzistor. Spin elektronu je kvantová vlastnost, která může nabývat dvou různých stavů. Často je označujeme orientací šipky nahoru nebo dolů.  Pokud se většina spinů seřadí ve shodném směru, vykazuje materiál magnetické vlastnosti. Navíc přítomnost magnetického pole ovlivňuje průchod obou možných stavů elektronů. V animaci vidíte jednoduchý tranzistor, ve kterém je průchod elektronů bariérou řízen orientací vnějšího magnetického pole. Při dané orientaci pole elektrony s jedním stavem procházejí a s opačným jsou rozptylovány. Změna orientace magnetického pole způsobí změnu procházejícího elektrického proudu. Zdroj: IBM. (wmv, 2 MB)

Odkazy

  1. Jonston H.: Spins turn light off, Physics Web, April, 2007
  2. Chau K. J., Johnson M., Elezzabi A. Y.: Electron-Spin-Dependent Terahertz Light Transport in Spintronic-Plasmonic Media, Phys. Rev. Lett. 98 (2007).
  3. A. Elezzabi homepage
  4. IBM news: IBM and Stanford Collaborate on World-class Spintronics Research , 2004

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage