Спинтроника (Спиновая электроника) — раздел квантовой электроники, занимающийся изучением спинового токопереноса (спин-поляризованного транспорта) в твердотельных веществах, в частности в гетероструктурах ферромагнетик-парамагнетик или ферромагнетик-сверхпроводник.

В таких гетероструктурах источником спин-поляризованных электронов (спин-инжектором) является проводящий ферромагнетик (проводник или полупроводник), обладающий в намагниченном состоянии спонтанной, спиновой упорядоченностью носителей заряда; в ферромагнитных полупроводниках достигаются уровни спиновой поляризации значительно более высокие (до 100 %), чем в металлах (до 10 %). Во внешнем магнитном поле возможно зеемановское расщепление зоны проводимости в полупроводнике с формированием двух зеемановских энергетических подуровней. При инжекции спин-поляризованных электронов в такой полупроводник возможны управляемые переходы как на верхний, так и на нижний уровень, что даёт, в, частности, возможность создания инверсии населённости и, соответственно, генерации когерентного электромагнитного излучения с управлением частоты магнитным полем.

Другие эффекты возникают в джозефсоновских переходах с изолирующим ферромагнетиком: в этом случае возможно управление туннелированием с помощью внешнего магнитного поля.

Применение

• Твердотельный аккумулятор без химических реакций, который переводит электрическую энергию в постоянное магнитное поле и обратно (то есть как бы намагничивает током постоянный магнит, а размагничивая его обратно, даёт ток — что раньше считалось невозможным на макроуровне без движущихся частей даже теоретически; однако никакого противоречия с теорией здесь нет, так как движущимися частями тока в аккумуляторе являются элементарные носители спин-поляризованного тока).^[1]
• Электронные компоненты:
  •  Память STT-RAM (Spin Torque Transfer RAM), трековая память (англ.).
  • Спиновые транзисторы, представляющие собой слоистую структуру «ферромагнетик  — кремний — ферромагнетик  — кремний с примесями». После прохождения первого ферромагнитного слоя электрический ток приобретает спин-поляризацию, которая частично сохраняется при движении через слой кремния (лучшее значение по состоянию на 2007 год — сохранение спиновой поляризации у 37 % электронов при температуре −73 °C и толщине слоя кремния до 350 мкм ^[2]), что позволяет управлять значением спинового тока на выходе путем изменения ориентации магнитных полей двух слоев ферромагнетика (см. Гигантское магнитное сопротивление) ^[3].
  • Логические схемы, обладающие по сравнению с современными CMOS-схемами потенциально более высоким быстродействием (время задержки сигнала менее 1 нс), более низким тепловыделением (тепловыделение вентиля 10⁻¹⁷ Дж) и не подверженные воздействию ионизирующих излучений ^[4].

Литература

• Prinz G.A. Spin-polarized transport. Physics Today, 1995. Vol.48..№ 4. P.353.
• Рязанов В. В. Джозефсоновский π -контакт сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник как элемент квантового бита. УФН, 1999. Т.169. № 8. С.920.
• Maekawa S. (Ed) Concepts in Spin Electronics, 2006

Примечания