Page 13 - GP_czerwiec(5)_2009
P. 13
Wieści z wydziałów
lowy (STM) skonstruowany przez Gerda towi i Uhlenbeckowi, zainteresowanie spinowo spolaryzowanym
Binniga i Heinricha Rohrera w 1982 roku młodym doktorantom przewodnictwem elektronowym. Jedną
(za co cztery lata później otrzymali nagrodę holenderskim, którzy z najbardziej efektywnych technik badania
Nobla), kolejnym - mikroskop sił atomo- pracowali w Lejdzie spinowej polaryzacji elektronów okazała
wych (AFM). Dziś istnieje łącznie kilkadzie- pod kierunkiem P. Eh- się skaningowa mikroskopia próbnikowa.
siąt trybów pracy i technik pochodnych renfesta. Najnowsze Prof. R. Wiesendanger i grupy badaczy
skaningowych mikroskopów próbniko- badania doświadczal- skupionych wokół jego osoby, zarówno na
wych potrafiących uzyskiwać różnorodne ne świadczą o tym, że Uniwersytecie w Bazylei (Szwajcaria) jak i
informacje o właściwościach materiałów elektron jest cząstką na Uniwersytecie w Hamburgu (RFN), roz-
w skali nanometrowej. Rozwój nanotech- punktową posiadającą wijały intensywnie techniki skaningowej
nologii na świecie i w Polsce obejmuje ładunek elektryczny i mikroskopii próbnikowej (np. mikroskopy
wiele obszarów badań i przemysłowych spin. Słowo spin ozna- sił magnetycznych – MFM oraz skaningo-
zastosowań: od nanomateriałów poprzez cza w języku angiel- we mikroskopy tunelowe wykorzystujące
inżynierię molekularną i nanobiotechnologie skim obrót, wirowa- tunelowanie spinowo-spolaryzowanych
do nanoelektroniki. Ma też miejsce wie- nie. Przyjmuje się, że elektronów – SP-STM) w celu charaktery-
le inicjatyw edukacyjnych adresowanych elektron wiruje wokół zacji właściwości magnetycznych ciał sta-
głównie do młodzieży. własnej osi. Elektron łych z coraz lepszą zdolnością rozdzielczą,
przedstawiamy jako sięgającą pojedynczych nanometrów czyli
Dzisiejszy przemysł procesorów i w dużym naładowaną kulkę o obiektów składających się z pojedynczych
stopniu nośników pamięci związany jest rozmiarach mikrosko- atomów lub cząsteczek. Osiągnięcia grupy
z elektroniką krzemową, czyli klasyczną powych (mniejszych kierowanej przez Prof. R. Wiesendangera
elektroniką, która wykorzystuje transport od 10-16m), a jego wiro- w Hamburgu, otwierają perspektywy kon-
ładunku elektronowego w strukturach wanie prowadzi do po- strukcji spinowych tranzystorów polowych
półprzewodnikowych. Spintronika, czyli jawienia się momentu czy pamięci magnetycznych o rozmiarach
elektronika spinowa (elektronika przy- magnetycznego. Spin elektronu można od 10 do 100 razy mniejszych w stosunku
szłości) oparta jest na połączeniu różnych traktować jako jego własny moment pędu do obecnie produkowanych tranzystorów
materiałów (półprzewodników, izolatorów, o wartości połówkowej, co oznacza, że polowych (w tzw. technice 45 nm).
metali niemagnetycznych) z materiała- elektron może znajdować się w dwóch
mi magnetycznymi i manipulowaniu spi- różnych stanach kwantowych odpowia- Opracowali pracownicy WFT PP:
nem elektronu, jako dodatkowym stop- dającym dwóm różnym rzutom spinu. Prof. dr hab. Bronisław Susła
niem swobody (nośnikiem informacji), W nieobecności pola magnetycznego
w urządzeniach elektronicznych. W ostat- dwa stany elektronu mają tę samą energię Dr hab. Ryszard Czajka, prof. nadzw. PP
nich dwóch dekadach wielu naukowców i w tym sensie rzut spinu jest nierozróż- Dr Arkadiusz Ptak, adiunkt w IF PP
myśli o wykorzystaniu spinu w polowym nialny i często pomijany. Konwencjonalna
tranzystorze spinowym, procesorach oraz elektronika steruje ładunkiem elektronu
w zaworach spinowych. Rozwój spintroni- za pomocą pola elektrycznego, natomiast
ki to przede wszystkim interdyscyplinarne spin jest ignorowany. Klasyczne technolo-
badania obejmujące obszary elektroniki gie zapisu magnetycznego wykorzystują
jednoelektronowej i molekularnej oraz teo- spin, ale tylko poprzez jego przejaw ma-
rii informacji tzw. informatyki kwantowej. kroskopowy, tj. namagnesowanie domen
w materiałach ferromagnetycznych.
Odkrycie zjawiska gigantycznego magneto-
oporu (GMR, ang. Giant Magneto-Resistan- Spintronika, podobnie jak zjawisko GMR,
ce) w wielowarstwowych magnetycznych wykorzystuje wpływ spinu elektronu na
układach metalicznych było przełomem jego ruchliwość i przewodnictwo w mate-
w konstrukcji komputerowych twardych riałach magnetycznych. Konsekwencje ist-
dysków. Za odkrycie zjawiska GMR, P. nienia spinu są ogromne i wykraczają poza
Grünbergi A. Fert otrzymali nagrodę Nobla zakres materiału zawartego w tym artyku-
z fizyki w 2007 roku. Prace P. Grünberga le. Wykorzystanie zjawiska GMR w kon-
z Julich, A. Ferta z Paryża oraz teoretyczne strukcji głowic odczytujących w twardych
prace J.Barnasia, fizyka z Uniwersytetu im. dyskach magnetycznych doprowadziło w
A. Mickiewicza w Poznaniu, przyczyniły się roku 1997 do ponad 100-krotnego wzrostu
do rozwoju nowego działu fizyki i elektro- gęstości zapisu informacji. W roku 2006
niki – tzw. nanoelektroniki spinowej czyli jedna ze spółek firmy Motorola wprowadzi-
spintroniki. Nie ulega wątpliwości, że to ła na rynek pierwsze pamięci typu MRAM
dziś jeden z najbardziej obiecujących kie- (ang. Magnetic Random Access Memory).
runków rozwoju fizyki i techniki. Sukces zastosowania gigantycznego ma-
gnetooporu w głowicach odczytujących,
Czym jest spin elektronu, fizycy wiedzą w czujnikach pola magnetycznego oraz
od bardzo dawna. Wprowadzenie pojęcia w nowych koncepcjach pamięci magne-
spinu w 1925 roku przypisuje się Goudsmi- tycznych MRAM spowodował ogromne
Głos Politechniki | 11
lowy (STM) skonstruowany przez Gerda towi i Uhlenbeckowi, zainteresowanie spinowo spolaryzowanym
Binniga i Heinricha Rohrera w 1982 roku młodym doktorantom przewodnictwem elektronowym. Jedną
(za co cztery lata później otrzymali nagrodę holenderskim, którzy z najbardziej efektywnych technik badania
Nobla), kolejnym - mikroskop sił atomo- pracowali w Lejdzie spinowej polaryzacji elektronów okazała
wych (AFM). Dziś istnieje łącznie kilkadzie- pod kierunkiem P. Eh- się skaningowa mikroskopia próbnikowa.
siąt trybów pracy i technik pochodnych renfesta. Najnowsze Prof. R. Wiesendanger i grupy badaczy
skaningowych mikroskopów próbniko- badania doświadczal- skupionych wokół jego osoby, zarówno na
wych potrafiących uzyskiwać różnorodne ne świadczą o tym, że Uniwersytecie w Bazylei (Szwajcaria) jak i
informacje o właściwościach materiałów elektron jest cząstką na Uniwersytecie w Hamburgu (RFN), roz-
w skali nanometrowej. Rozwój nanotech- punktową posiadającą wijały intensywnie techniki skaningowej
nologii na świecie i w Polsce obejmuje ładunek elektryczny i mikroskopii próbnikowej (np. mikroskopy
wiele obszarów badań i przemysłowych spin. Słowo spin ozna- sił magnetycznych – MFM oraz skaningo-
zastosowań: od nanomateriałów poprzez cza w języku angiel- we mikroskopy tunelowe wykorzystujące
inżynierię molekularną i nanobiotechnologie skim obrót, wirowa- tunelowanie spinowo-spolaryzowanych
do nanoelektroniki. Ma też miejsce wie- nie. Przyjmuje się, że elektronów – SP-STM) w celu charaktery-
le inicjatyw edukacyjnych adresowanych elektron wiruje wokół zacji właściwości magnetycznych ciał sta-
głównie do młodzieży. własnej osi. Elektron łych z coraz lepszą zdolnością rozdzielczą,
przedstawiamy jako sięgającą pojedynczych nanometrów czyli
Dzisiejszy przemysł procesorów i w dużym naładowaną kulkę o obiektów składających się z pojedynczych
stopniu nośników pamięci związany jest rozmiarach mikrosko- atomów lub cząsteczek. Osiągnięcia grupy
z elektroniką krzemową, czyli klasyczną powych (mniejszych kierowanej przez Prof. R. Wiesendangera
elektroniką, która wykorzystuje transport od 10-16m), a jego wiro- w Hamburgu, otwierają perspektywy kon-
ładunku elektronowego w strukturach wanie prowadzi do po- strukcji spinowych tranzystorów polowych
półprzewodnikowych. Spintronika, czyli jawienia się momentu czy pamięci magnetycznych o rozmiarach
elektronika spinowa (elektronika przy- magnetycznego. Spin elektronu można od 10 do 100 razy mniejszych w stosunku
szłości) oparta jest na połączeniu różnych traktować jako jego własny moment pędu do obecnie produkowanych tranzystorów
materiałów (półprzewodników, izolatorów, o wartości połówkowej, co oznacza, że polowych (w tzw. technice 45 nm).
metali niemagnetycznych) z materiała- elektron może znajdować się w dwóch
mi magnetycznymi i manipulowaniu spi- różnych stanach kwantowych odpowia- Opracowali pracownicy WFT PP:
nem elektronu, jako dodatkowym stop- dającym dwóm różnym rzutom spinu. Prof. dr hab. Bronisław Susła
niem swobody (nośnikiem informacji), W nieobecności pola magnetycznego
w urządzeniach elektronicznych. W ostat- dwa stany elektronu mają tę samą energię Dr hab. Ryszard Czajka, prof. nadzw. PP
nich dwóch dekadach wielu naukowców i w tym sensie rzut spinu jest nierozróż- Dr Arkadiusz Ptak, adiunkt w IF PP
myśli o wykorzystaniu spinu w polowym nialny i często pomijany. Konwencjonalna
tranzystorze spinowym, procesorach oraz elektronika steruje ładunkiem elektronu
w zaworach spinowych. Rozwój spintroni- za pomocą pola elektrycznego, natomiast
ki to przede wszystkim interdyscyplinarne spin jest ignorowany. Klasyczne technolo-
badania obejmujące obszary elektroniki gie zapisu magnetycznego wykorzystują
jednoelektronowej i molekularnej oraz teo- spin, ale tylko poprzez jego przejaw ma-
rii informacji tzw. informatyki kwantowej. kroskopowy, tj. namagnesowanie domen
w materiałach ferromagnetycznych.
Odkrycie zjawiska gigantycznego magneto-
oporu (GMR, ang. Giant Magneto-Resistan- Spintronika, podobnie jak zjawisko GMR,
ce) w wielowarstwowych magnetycznych wykorzystuje wpływ spinu elektronu na
układach metalicznych było przełomem jego ruchliwość i przewodnictwo w mate-
w konstrukcji komputerowych twardych riałach magnetycznych. Konsekwencje ist-
dysków. Za odkrycie zjawiska GMR, P. nienia spinu są ogromne i wykraczają poza
Grünbergi A. Fert otrzymali nagrodę Nobla zakres materiału zawartego w tym artyku-
z fizyki w 2007 roku. Prace P. Grünberga le. Wykorzystanie zjawiska GMR w kon-
z Julich, A. Ferta z Paryża oraz teoretyczne strukcji głowic odczytujących w twardych
prace J.Barnasia, fizyka z Uniwersytetu im. dyskach magnetycznych doprowadziło w
A. Mickiewicza w Poznaniu, przyczyniły się roku 1997 do ponad 100-krotnego wzrostu
do rozwoju nowego działu fizyki i elektro- gęstości zapisu informacji. W roku 2006
niki – tzw. nanoelektroniki spinowej czyli jedna ze spółek firmy Motorola wprowadzi-
spintroniki. Nie ulega wątpliwości, że to ła na rynek pierwsze pamięci typu MRAM
dziś jeden z najbardziej obiecujących kie- (ang. Magnetic Random Access Memory).
runków rozwoju fizyki i techniki. Sukces zastosowania gigantycznego ma-
gnetooporu w głowicach odczytujących,
Czym jest spin elektronu, fizycy wiedzą w czujnikach pola magnetycznego oraz
od bardzo dawna. Wprowadzenie pojęcia w nowych koncepcjach pamięci magne-
spinu w 1925 roku przypisuje się Goudsmi- tycznych MRAM spowodował ogromne
Głos Politechniki | 11
