.jpg)
Academia Română a fost creată în 1866 pentru a cristaliza cele mai înalte valori intelectuale din provinciile românești într-o societate erudită menită să consolideze identitatea națională pe baza a patru componente esențiale: limbă și literatură, istorie, etnografie și cultură. La...
Structuri spintronice. Valve de spin
Dispozitivele spintronice prezintă, pe lângă capacitatea de stocare, toate caracteristicile necesare efectuării de operaţii logice. Acestea pot deschide calea către un tip revoluţionar de multifuncţionalitate în cadrul electronicii digitale, dar pot reprezenta şi elemente active în senzoristica magnetică de înaltă sensibilitate.
Capacitatea de stocare magnetică a informaţiei a crescut cu peste 8 ordine de mărime în ultimii 50 de ani, cu o rată de creştere anuală de peste 100% în ultimul deceniu. Acest progres a fost posibil atât prin perfecţionarea mediilor de înregistrare, cât şi a posibilităţior de citire a informaţei. În privinţa mediului de înregistrare, dimensiunea elementului magnetic ce înregistrează bit-ul de informaţie a fost scăzută la zeci de nanometri, prin realizarea de structuri nanogranulare. Pentru citirea stărilor de polarizare a elementelor magnetice (citirea biţilor) a fost necesară scăderea dimensiunii elementelor de citire (capete de citire), la dimensiuni comparabile cu ale bitului magnetic. Dispozitivul care a revoluţionat tehnologia de citire a informaţiei a fost valva de spin. Manipularea conducţiei electrice prin intermediul spinului electronic reprezintă o nouă ramură a electronicii, numită spintronică, iar structurile menţionate se numesc valve de spin.
Funcţionarea structurilor spintronice se bazează pe efecte cuantice şi de aceea, cel puţin una din dimensiunile structurii trebuie să fie de ordin nanometric. Fenomenele cuantice implicate sunt: (i) împrăştierea electronică dependentă de spin, care stă la baza efectului GMR (giant magnetoresistance) şi respectiv (ii) tunelarea magnetică dependentă de spin, care stă la baza efectului TMR (tunneling magnetoresistance).
Institutul Naţional de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM) este iniţiatorul studiilor acestor sisteme la nivel naţional, având drept scop abordarea diferitelor aspecte de fizică fundamentală şi aplicativă legate de valve de spin. Studiile se desfăşoară în colaborare cu parteneri externi din UE, dar şi cu parteneri interni, în cadrul unor proiecte din programele PNCDI. Pe parcursul ultimilor 5 ani au fost abordate două clase de valve de spin: valvele de spin tip multistrat şi valvele de spin tip film compozit nanoglobular. În primul caz, transportul electronic se face prin intermediul unei pături conductoare prinsă între 2 paturi feromagnetice (toate cu grosimi nanometrice). Curentul prin structura, sau alternativ, rezistenţa structurii, este controlat prin schimbarea configuraţiei magnetice a celor două paturi feromagnetice care mărginesc pătura conductoare, sub influenţa unui câmp magnetic exterior, în condiţiile în care unul din straturile feromagnetice este cuplat la un strat antiferomagnetic (Fig. 1). 
Fig. 1.: Valvă de spin tip multistrat cu caracteristici magnetice şi de magnetoconductucţie. În INCDFM sunt preparate şi caracterizate valve de spin cu F=Fe, Fe-Ni, Fe-Co (grosime 2-5 nm) şi AF=Fe-Mn şi Ir-Mn (grosime 15-40 nm).
Cel de al doilea tip de sistem implică prezenţa unor nanogrăunţi magnetici dispersaţi quasi-uniform într-un film conductor. Prin aplicarea unui câmp magnetic exterior, momentele magnetice ale nanogrăunţilor, iniţial orientate aleator, devin orientate în lungul câmpului. Datorită interacţiei spinilor electronilor cu momentele magnetice, curentul poate fi controlat prin trecerile activate de câmp între cele două configuraţii magnetice distincte (momente orientate aleator versus momente orientate în lungul câmpului). Este evident că performanţele unor structuri atât de complexe depind, pe de o parte, de configuraţiile magnetice ale sistemului şi, pe de altă parte, de mecanismele de conducţie electronică şi de împrăştiere dependentă de spin. În vederea optimizării sistemelor pentru aplicaţiile dorite, toate aceste aspecte trebuie studiate în întreaga lor interconectivitate. În acest sens, Laboratorul de Magnetism a Stării Condensate din INCDFM posedă un sistem integrat de caracterizare, unic la nivel naţional, prin care sunt îmbinate metode de investigare (magnetometrie şi efect Kerr magneto-optic) a proprietăţilor magnetice ale acestor sisteme, cu metode de investigare a interacţiunilor magnetice locale prin spectroscopie Mossbauer cu electroni de conversie şi cu metode de caracterizare a fenomenelor de conducţie dependente de spin (Fig. 2). Configuraţii de valve de spin tip multistrat, respectiv tip film compozit nanoglobular, sunt preparate atât prin tehnici de depunere în descărcare de radiofrecvenţă, cât şi prin tehnici de descărcare în plasmă. Modificarea configuraţiilor magnetice sub influenţa câmpului este studiată din punct de vedere structural şi compoziţional. Folosindu-se tehnica păturii trasoare, care constă în îmbogăţirea în izotopul stabil de 57Fe a unei pături ultrasubţiri plasate la interfaţa de interes, sunt studiate prin Spectroscopie Mossbauer cu electroni de conversie atât configuraţiile de spin la interfaţă, cât şi fenomenele de interdifuzie atomică, cu rezoluţii ce coboară la nivelul stratului atomic (fracţiuni de nanometru). Studiul efectelor de magnetoconducţie, corelat cu observarea configuraţiilor magnetice locale care controlează împrăştierea electronică dependentă de spin, permite designul de valve de spin optimizate, cu parametrii de magnetoconducţie solicitaţi de diverse aplicaţii practice. 
Fig. 2.: Sistem de masură a proprietăţilor magnetice şi de magnetoconducţie, în câmpuri de până la 9 T şi la temperaturi între 1.6 K la 650 K (stânga). Spectrometre Mossbauer lucrând la temperaturi scăzute (dreapta).
Cerc. Pr. 1 Dr. Victor Kuncser
INCDFM-Bucureşti
Parerea ta conteaza: 
