Spintroniikka

Spintroniikka tutkii elektronien spinin hyödyntämistä elektroniikkalaitteissa perinteisen varauskuljetuksen sijaan.

Spintroniikka hyödyntää tiedon käsittelyssä hiukkasten perusominaisuutta, spiniä. Spintroniikka on monin tavoin analoginen elektroniikan kanssa, jossa hyödynnetään elektronin sähkövarausta. Tiedon kuljettaminen sekä elektronin varauksessa että spinissä tarjoaa mahdollisuuden laitteille, joilla on monipuolisempia toimintoja.

Spintroniikka on yksi tärkeimmistä nousevista tutkimusalueista, jolla on suuri potentiaali tarjota korkean nopeuden, alhaisen tehonkulutuksen ja suuren tiheyden logiikka- ja muistilaitteita sekä matalan kynnysvirran ja voimakkaita lasereita, jotka tuottavat pyörteisesti polarisoitua valoa. Vaikka metallipohjaiset spintroniikkalaitteet keskittyvät pääasiassa muistilaitteisiin, puolijohde-spintroniikka on välttämätöntä logiikka- ja optoelektronisille laitteille.

Spintroniikkapohjaisilla laitteilla on potentiaalia olla erittäin nopeita ja toimia hyvin alhaisella virrankulutuksella. Spinillä on polarisaatio, ja se on kaksivaiheinen magneettisessa kentässä, jotka voivat edustaa kahta logiikkatilaa nolla ja yksi. Näiden välillä kytkeminen vaatii vain spinin kääntämistä ilman, että elektroneja siirretään fyysisesti. Sähköisellä varaukseen perustuvilla laitteilla on perusongelmana se, että varaus on skalaari, jolla on vain suuruus. Tämän seurauksena nolla- ja ykköstilojen välillä vaihtaminen edellyttää varauksen suuruuden muutosta, mikä johtaa aina virran kulkuun ja siihen liittyvään energiahäviöön (I²R, missä R on resistanssi). Varausperusteiset laitteet ovat siten luonteeltaan energiahäviöllisiä.