Спинмехатроника

Спинмехатроника / ˌ s p ɪ n əm ɛ k ə ˈ t r ɒ n ɪ k s / - это неологизм , относящийся к новой области исследований, связанной с использованием спин -зависимых явлений и устоявшихся методологий и технологий спинтроники в сочетании с электромеханическими , магномеханические, акустомеханические и оптико-механические системы. или спиновая мехатроника) касается интеграции микро- и наномехатронных В частности, спинмехатроника ( систем со спиновой физикой и спинтроникой .

История и происхождение

Хотя спинмехатроника получила признание лишь недавно. ^[1] (2008) как самостоятельное направление развития гибридной спин -механической системы относится к началу девяностых годов, ^[2] с устройствами, сочетающими спинтронику и микромеханику, появившимися на рубеже XXI века.

Одной из старейших спинмехатронных систем является магнитно-резонансный силовой микроскоп или MRFM. Впервые предложен Дж. А. Сидлсом в основополагающей статье 1991 г. ^[2] – и поскольку он широко разработан как теоретически, так и экспериментально рядом международных исследовательских групп. ^[3]^[4] – MRFM работает путем соединения магнитно -нагруженного микромеханического кантилевера с возбужденной ядерной, протонной или электронной спиновой системой. Концепция MRFM эффективно сочетает в себе сканирующую атомно-силовую микроскопию ( АСМ ) и магнитно-резонансную спектроскопию, обеспечивая спектроскопический инструмент беспрецедентной чувствительности. Возможно нанометровое разрешение, и этот метод потенциально составляет основу для сверхвысокой чувствительности, сверхвысокого разрешения магнитной, биохимической, биомедицинской и клинической диагностики.

Синергия микромеханики и признанных технологий спинтроники для сенсорных приложений является одной из наиболее значительных разработок спинмехатроники за последнее десятилетие. В начале этого столетия тензодатчики , основанные на магниторезистивных технологиях. появились ^[5] и широкий спектр устройств, использующих аналогичные принципы, вероятно, реализует исследовательский и коммерческий потенциал к 2015 году.

Современные инновации в спинмехатронике способствуют независимому развитию передовой науки в области спиновой физики , спинтроники , микро- и наномехатроники и производства для облегчения и катализируют разработку совершенно новых приборов, методов управления и использования их интеграции.

Ключевые конститутивные технологии

Микро- и нано-мехатроника

МЭМС : микроэлектромеханические микромехатроники ключевым системы являются . компонентом Микроэлектромеханические системы, как следует из названия, представляют собой устройства со значительными размерами в микрометровом режиме или меньше. ^[6]^[7] Идеально подходящие для интеграции с электронными и микроволновыми схемами, они обеспечивают ключ к электромеханическим функциям, недостижимым с помощью классической прецизионной мехатроники . массового производства Коммерциализация продуктов микроэлектромеханических систем быстро набирает темпы и включает в себя технологию струйной печати принтеров, 3D- акселерометры , встроенные датчики давления и дисплеи цифровой обработки света (DLP). На переднем крае микроэлектромеханических систем технологий изготовления и интеграции находятся наноэлектромеханические . системы ^[8] ( НЭМС ). Типичные примеры имеют длину микрометров, толщину десятков нанометров и имеют частоты механического резонанса, приближающиеся к 100 МГц. размеры и масса (порядка пикограммов Их небольшие физические ) делают их очень чувствительными к изменениям жесткости ; это, их взаимодействие с механическими системами и системами обработки данных, а также возможность присоединения химических/биологических молекул, делает их идеальными для сверхвысокопроизводительных механических, химических и биологических приложений.

Спиновая физика

Спиновая физика — обширная и активная область исследований в области физики конденсированного состояния . « Спин » в этом контексте относится к квантово-механическому свойству некоторых элементарных частиц и ядер , и его не следует путать с классической (и более известной) концепцией вращения . Физика спина охватывает исследования ядерного , электронного и протонного магнитного резонанса , магнетизма и некоторых областей оптики. Спинтроника — раздел физики спина. Пожалуй, двумя наиболее известными приложениями спиновой физики являются магнитно-резонансная томография (или МРТ ) и спинтронная гигантская магниторезистивная ( ГМР ) считывающая головка жесткого диска .

Спинтроника

Спинтронное магнитосопротивление – это история крупного научного и коммерческого успеха. Сегодня в большинстве семей есть устройство спинтроники: гигантская магниторезистивная ( ГМР ) считывающая головка жесткого диска в компьютере. Наука, которая создала эту феноменальную возможность для бизнеса – и получила Нобелевскую премию по физике 2007 года – стала признанием того, что электрические носители характеризуются как зарядом , так и спином . ^[9]^[10]^[11] Сегодня туннельное магнитосопротивление (TMR) – которое использует спин электрона в качестве метки, разрешающей или запрещающей электронов. туннелирование ^[12] – доминирует на рынке жестких дисков и быстро завоевывает позиции в таких разнообразных областях, как магнитные логические устройства и биосенсоры. ^[13] Продолжающееся развитие расширяет границы устройств TMR в сторону наномасштаба .

См. также

Ссылки

^ «Введение в спинмехатронику» . Архивировано из оригинала 28 июля 2011 г. Проверено 22 июля 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б Сидлс, Дж. А. (17 июня 1991 г.). «Неиндуктивное обнаружение однопротонного магнитного резонанса». Письма по прикладной физике . 58 (24). Издательство АИП: 2854–2856. Бибкод : 1991ApPhL..58.2854S . дои : 10.1063/1.104757 . ISSN 0003-6951 .
^ Ругар, Д.; Будакян Р.; Мамин, HJ ; Чуй, BW (2004). «Обнаружение одиночного спина с помощью магнитно-резонансной силовой микроскопии». Природа . 430 (6997). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 329–332. Бибкод : 2004Natur.430..329R . дои : 10.1038/nature02658 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 15254532 . S2CID 4346337 .
^ де Лубенс, Г.; Налетов В.В.; Кляйн, О.; Юсеф, Дж. Бен; Буст, Ф.; Вукадинович, Н. (19 марта 2007 г.). «Магнитно-резонансные исследования основных спин-волновых режимов в отдельных субмикронных перпендикулярно намагниченных дисках Cu/NiFe/Cu». Письма о физических отзывах . 98 (12). Американское физическое общество (APS): 127601. arXiv : cond-mat/0606245 . Бибкод : 2007PhRvL..98l7601D . дои : 10.1103/physrevlett.98.127601 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 17501155 . S2CID 27535109 .
^ Лёндорф, М.; Дуэньяс, Т.; Тьюс, М.; Квандт, Э.; Рюриг, М.; Векер, Дж. (8 июля 2002 г.). «Высокочувствительные тензодатчики на основе магнитных туннельных переходов». Письма по прикладной физике . 81 (2). Издательство АИП: 313–315. Бибкод : 2002АпФЛ..81..313Л . дои : 10.1063/1.1483123 . ISSN 0003-6951 .
^ «Что такое технология МЭМС?» . www.memsnet.org . Архивировано из оригинала 20 февраля 2002 года . Проверено 14 января 2022 г.
^ "Дом" . jwnc.gla.ac.uk.
^ «Наноэлектромеханические системы смотрят в будущее — Мир физики — Physicsworld.com» . Physicsworld.com . Архивировано из оригинала 18 октября 2007 года . Проверено 14 января 2022 г.
^ Байбич, Миннесота; Брото, Дж. М.; Ферт, А.; Ван Дау, Ф. Нгуен; Петров Ф.; и др. (21 ноября 1988 г.). «Гигантское магнитосопротивление магнитных сверхрешеток (001)Fe/(001)Cr» . Письма о физических отзывах . 61 (21). Американское физическое общество (APS): 2472–2475. Бибкод : 1988PhRvL..61.2472B . дои : 10.1103/physrevlett.61.2472 . hdl : 10183/99075 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10039127 .
^ «Нобелевская премия по физике 2007» .
^ «Архивная копия» (PDF) . nobelprize.org . Архивировано из оригинала (PDF) 5 ноября 2007 года . Проверено 14 января 2022 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Мудера, Дж.С.; Киндер, Лиза Р.; Вонг, Террилин М.; Месерви, Р. (17 апреля 1995 г.). «Большое магнитосопротивление при комнатной температуре в туннельных переходах из тонких ферромагнитных пленок». Письма о физических отзывах . 74 (16). Американское физическое общество (APS): 3273–3276. Бибкод : 1995PhRvL..74.3273M . дои : 10.1103/physrevlett.74.3273 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10058155 .
^ Шоттер, Дж.; Камп, ПБ; Беккер, А.; Пулер, А.; Бринкманн, Д.; и др. (2002). «Биочип на основе магниторезистивных датчиков». Транзакции IEEE по магнетизму . 38 (5). Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE): 3365–3367. Бибкод : 2002ITM....38.3365S . дои : 10.1109/tmag.2002.802290 . ISSN 0018-9464 .

Внешние ссылки

[1]

[1] «Введение в спинмехатронику» . Архивировано из оригинала 28 июля 2011 г. Проверено 22 июля 2022 г.

[A_Sidles_1991-2] Jump up to: ^а ^б Сидлс, Дж. А. (17 июня 1991 г.). «Неиндуктивное обнаружение однопротонного магнитного резонанса». Письма по прикладной физике . 58 (24). Издательство АИП: 2854–2856. Бибкод : 1991ApPhL..58.2854S . дои : 10.1063/1.104757 . ISSN 0003-6951 .

[3] Ругар, Д.; Будакян Р.; Мамин, HJ ; Чуй, BW (2004). «Обнаружение одиночного спина с помощью магнитно-резонансной силовой микроскопии». Природа . 430 (6997). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 329–332. Бибкод : 2004Natur.430..329R . дои : 10.1038/nature02658 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 15254532 . S2CID 4346337 .

[4] де Лубенс, Г.; Налетов В.В.; Кляйн, О.; Юсеф, Дж. Бен; Буст, Ф.; Вукадинович, Н. (19 марта 2007 г.). «Магнитно-резонансные исследования основных спин-волновых режимов в отдельных субмикронных перпендикулярно намагниченных дисках Cu/NiFe/Cu». Письма о физических отзывах . 98 (12). Американское физическое общество (APS): 127601. arXiv : cond-mat/0606245 . Бибкод : 2007PhRvL..98l7601D . дои : 10.1103/physrevlett.98.127601 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 17501155 . S2CID 27535109 .

[5] Лёндорф, М.; Дуэньяс, Т.; Тьюс, М.; Квандт, Э.; Рюриг, М.; Векер, Дж. (8 июля 2002 г.). «Высокочувствительные тензодатчики на основе магнитных туннельных переходов». Письма по прикладной физике . 81 (2). Издательство АИП: 313–315. Бибкод : 2002АпФЛ..81..313Л . дои : 10.1063/1.1483123 . ISSN 0003-6951 .

[6] «Что такое технология МЭМС?» . www.memsnet.org . Архивировано из оригинала 20 февраля 2002 года . Проверено 14 января 2022 г.

[7] "Дом" . jwnc.gla.ac.uk.

[8] «Наноэлектромеханические системы смотрят в будущее — Мир физики — Physicsworld.com» . Physicsworld.com . Архивировано из оригинала 18 октября 2007 года . Проверено 14 января 2022 г.

[9] Байбич, Миннесота; Брото, Дж. М.; Ферт, А.; Ван Дау, Ф. Нгуен; Петров Ф.; и др. (21 ноября 1988 г.). «Гигантское магнитосопротивление магнитных сверхрешеток (001)Fe/(001)Cr» . Письма о физических отзывах . 61 (21). Американское физическое общество (APS): 2472–2475. Бибкод : 1988PhRvL..61.2472B . дои : 10.1103/physrevlett.61.2472 . hdl : 10183/99075 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10039127 .

[10] «Нобелевская премия по физике 2007» .

[11] «Архивная копия» (PDF) . nobelprize.org . Архивировано из оригинала (PDF) 5 ноября 2007 года . Проверено 14 января 2022 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[12] Мудера, Дж.С.; Киндер, Лиза Р.; Вонг, Террилин М.; Месерви, Р. (17 апреля 1995 г.). «Большое магнитосопротивление при комнатной температуре в туннельных переходах из тонких ферромагнитных пленок». Письма о физических отзывах . 74 (16). Американское физическое общество (APS): 3273–3276. Бибкод : 1995PhRvL..74.3273M . дои : 10.1103/physrevlett.74.3273 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10058155 .

[13] Шоттер, Дж.; Камп, ПБ; Беккер, А.; Пулер, А.; Бринкманн, Д.; и др. (2002). «Биочип на основе магниторезистивных датчиков». Транзакции IEEE по магнетизму . 38 (5). Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE): 3365–3367. Бибкод : 2002ITM....38.3365S . дои : 10.1109/tmag.2002.802290 . ISSN 0018-9464 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]