스핀 엔지니어링

Spin engineering

스핀엔지니어링은 소자와 물질을 개발하기 위한 양자 스핀 시스템의 제어와 조작을 기술한다. 여기에는 스핀 기반 현상을 위한 프로브로서 스핀 자유도를 사용하는 것이 포함된다. 물리적 및 화학적 공정에 대한 양자 스핀의 기본적인 중요성 때문에 스핀 엔지니어링은 광범위한 과학 및 기술 적용에 관련된다. 현재 예로는 보세-아인슈타인 응축에서부터 스핀 기반 데이터 저장 및 최첨단 하드 디스크 드라이브에서의 읽기, 핵 자기공명 분광학 및 전자파 자기공명 분광학 같은 강력한 분석 도구에서부터 쿼트와 자기 나노입자로서의 자기 분자 개발까지 다양하다. 또한 스핀 엔지니어링은 스핀의 기능을 이용하여 새로운 특성을 가진 재료를 설계할 뿐만 아니라 기존 재료 시스템의 더 나은 이해와 고급 응용을 제공한다. 많은 화학적 반응은 단일 분자 자석과 같이 잘 정의된 스핀 성질을 가진 벌크 물질이나 단일 분자를 생성하기 위해 고안된다. 이 글의 목적은 양자 스핀의 특성과 응용에 초점을 맞춘 연구 개발 분야의 개요를 제공하는 것이다.

소개

스핀은 기초 입자의 기본 양자 특성 중 하나이므로 광범위한 물리적, 화학적 현상과 관련이 있다. 예를 들어, 전자의 회전은 원소의 주기율표의 기초가 되는 원자의 전자 구성에서 핵심적인 역할을 한다. 강자성의 기원은 스핀과 스핀 의존성 파울리 배제 원리와 관련된 자기 모멘트와도 밀접한 관련이 있다. 따라서 지난 세기 초의 뮤메탈이나 알니코와 같은 강자성 물질의 공학을 스핀 공학의 초기 사례로 볼 수 있는데, 그 당시에는 스핀의 개념이 아직 알려져 있지 않았다. 그 총체적 의미에서의 스핀 공학은 1922년 스턴-제라흐 실험에서 스핀의 첫 번째 실험적 특성화에 이어 폴 디라크에 의한 상대론적 양자역학의 발전이 있은 후에야 가능해졌다. 이 이론은 전자의 스핀과 자기 모멘트를 수용한 최초의 이론이었다.

스핀 공학의 물리학은 20세기의 첫 수십 년 안에 양자 화학 및 물리학의 획기적인 발견으로 거슬러 올라가지만 스핀 공학의 화학적 측면은 특히 지난 20년 내에 주목을 받아왔다. 오늘날, 연구자들은 금속과 생화학의 미세구조 관련 기계적 특성뿐만 아니라 자력과 화학 반응성의 관계와 같은 현상의 근본적인 원리를 이해하고 활용하기 위해 분자석이나 다른 모델 시스템의 설계와 합성과 같은 전문 주제에 초점을 맞추고 있다.스핀(예: 광수용체 단백질)과 스핀 전달의 ical 영향.

스핀엔지니어링 연구분야

스핀트로닉스

주요기사: 스핀트로닉스

스핀트로닉스는 전자의 본질적인 스핀과 솔리드 스테이트 장치에서의 그것의 기본적인 전자 전하 모두를 이용하는 것으로, 따라서 스핀 엔지니어링의 한 부분이다. 스핀트로닉스는 아마도 자기 하드 디스크 드라이브의 읽기 헤드와 같은 최종 사용자 장치에서 발견될 수 있는 많은 중요한 발명품을 가진 스핀 엔지니어링의 가장 진보된 분야 중 하나일 것이다. 이 섹션은 기본적인 스핀트로닉 현상과 그 적용 분야로 나뉜다.

기본 스핀트로닉 현상

스핀트로닉스의 응용 프로그램

이 섹션은 다음과 같은 몇 가지 기본적인 스핀트로닉 현상의 조합 또는 하나를 사용하는 스핀트로닉스의 현재 및 가능한 미래 응용에 전념한다.

스핀 재료

양자 스핀에 의해 성질이 결정되거나 강한 영향을 받는 물질:

  • 자기 합금, 즉. 휴슬러 화합물
  • 그래핀 시스템
  • 유기 스핀 재료[8]
  • 분자 나노마그네틱스
  • 자분자
  • 유기산소
  • 인공자성을 가진 메타물질

스핀 기반 검출

스핀 기반 현상을 통해 재료와 물리적 또는 화학적 공정을 특성화하는 방법:

참조

  1. ^ Y Tserkovnyak; et al. (2002). "Enhanced Gilbert Damping in Thin Ferromagnetic Films". Physical Review Letters. 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). "Spin Pumping by Parametrically Excited Exchange Magnons". Physical Review Letters. 106 (21): 216601. arXiv:1103.2229. Bibcode:2011PhRvL.106u6601S. doi:10.1103/PhysRevLett.106.216601. PMID 21699324. S2CID 14519388.
  3. ^ S Takahashi and S Maekawa (2008). "Spin current, spin accumulation and spin Hall effect*". Science and Technology of Advanced Materials. 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). "Thermal spin current from a ferromagnet to silicon by Seebeck spin tunnelling". Nature. 475 (7354): 82–85. Bibcode:2011Natur.475...82L. doi:10.1038/nature10224. PMID 21716285. S2CID 4422579.
  5. ^ K. Uchida; et al. (2011). "Long-range spin Seebeck effect and acoustic spin pumping". Nature Materials. 10 (10): 737–741. arXiv:1103.6120. Bibcode:2011NatMa..10..737U. doi:10.1038/nmat3099. PMID 21857673. S2CID 118009611.
  6. ^ G E Bauer and Y Tserkovnyak (2011). "Spin-magnon transmutation". Physics. 4: 40. Bibcode:2011PhyOJ...4...40B. doi:10.1103/Physics.4.40.
  7. ^ Y Kajiwara; et al. (2010). "Transmission of electrical signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator". Nature. 464 (7286): 262–266. Bibcode:2010Natur.464..262K. doi:10.1038/nature08876. PMID 20220845. S2CID 4426579.
  8. ^ S Sanvito; et al. (2011). "Organic spintronics: Filtering spins with molecules". Nature Materials. 10 (7): 484–485. Bibcode:2011NatMa..10..484S. doi:10.1038/nmat3061. PMID 21697848.

외부 링크