Темы Курса Спинтроника

Темы курса Спинтроника 2012 г.

Тема 1. Предмет курса.

Лекция 1.

Магнитная электроника: магнитные дисковые и магнитооптические ЗУ, магниторезистивная память (МОЗУ), магнитосенсорные устройства, магнитные нано и микроэлектромеханические системы (МЕМС, МСМ). Магнитные материалы и типичные требования. Спинтроника.

Тема 2. Природа магнетизма

Лекция 2. Парамагнетизм Ланжевена. Виды обменных взаимодействий.

Лекция 3. Модель Гейзенберга. Приближение молекулярного поля. Диаграмма Слэтера-Полинга. Итинерантный магнетизм.

Тема 3. Феноменологическая теория магнетизма и микроскопическая природа анизотропии и неоднородного обменного взаимодействия.

Лекция 4.

Дипольные взаимодействия и анизотропия. Магнитный гистерезис.

Лекция 5.

Анизотропия проводящих магнетиков (переходные d-металлы), редкоземельных металлов, сплавов и окислов. Анизотропия пленок.

Тема 5. Магнитостатика объемных магнетиков и пленок.

Лекция 6.

Магнитные домены и доменные границы в сильно и слабоанизотропных пленках. Доменные стенки в монослоях и перемычках. Периодические доменные структуры.

Лекция 7. Теория Брауна перемагничивания цилиндрических частиц. Теоремы Аарони. Схемы численного моделирования микромагнитных распределений.

Тема 6. Тепловые флуктуации намагниченности в наночаститцах.

Лекция 8.

Метод Ланжевена и уравнение Фоккера-Планка для тепловых флуктуаций намагниченности. Уравнения кинетики. Суперпарамагнетизм.

Тема 7. Макроскопические квантовые явления в магнетитных мезоструктурах.

Лекция 9.

Макроскопическая квантовая когерентность и тунннелирование в наночастицах. Интегралы Фейнмана и инстантоны туннелирования.

Лекция 10. МКК в магнитной наночастице. Магнитный аналог эффекта Аронова-Бома. Экспериментальное наблюдение МКК и МКТ.

Тема 8. Спинтроника.

Лекция 11.

Гигантское магнитоспопротивление и спин-зависимый транспорт: применение в магнитоэлектронике. Датчики поля, смещения, биосенсоры, однонаправленный изолятор

Лекция 12.

Продольный магниторезистивный эффект. Модель Фаликова.

Лекция 13.

Итинерантный магнетизм и спиновая аккумуляция. Спиновый транспорт в доменной границе и периодической структуре. Поперечное магнитосопротивление.

Лекция 14.

Спиновый транспорт и передача вращательного момента. Модель Слончевского – Берже.

Лекция 15.

Вращение и переключение спинов в слоистой структуре под действием токовой инжекции. Диаграмма переключения одноосного и двухосного ферромагнетика. Экспериментальное наблюдение токового переключения.

Тема 9. Сканирующая зондовая АСМ/МСМ микроскопия.

Лекция 16.

Атомно-силовой микроскоп (АСМ) – основные физические принциаы работы. Собственные моды кантилевера и модель точечного наконечника.

Лекция 17.

АСМ/МСМ микроскопия. Взаимодействие зонда с поверхностью и требования к жемткости кантилевера. Разрешающая способность МСМ микроскопа.

Лекция 18.

Флуктуации колебаний кантилевера и предельная чувствительность АСМ. Большие и короткие времена наблюдения. Детектирование ФМР в моде торсионных колбаний.

СПИСОК ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ ВОПРОСОВ ПО КУРСУ

«СПЕЦИАЛЬНЫЕ ГЛАВЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА»

Билет №1

1. Приложения магнетизма. Виды магнитной памяти: дисковые и магниторезиститвные ЗУ. Перспективные технологии: наностолбики, квантовые точки, молекулярные кластеры.

2. Тепловые и квантовые ограничения на плотность магнитной записи информации.

Билет №2

1. Природа обменных взаимодействий и магнетизма. Модель Гейзенберга и молекулярное поле.

2. Итинерантный магнетизм: модель Стонера и диаграмма Слэтера-Полинга.

Билет №3

1. Феноменологическая теория магнетизма. Неоднородный обмен, магнитокристаллическая анизотропия, магнитодипольные взаимодействия.

2. Перемагничивание малых частиц. Моды перемагничивания, критерии монодоменности. Схемы численного микромагнитного моделирования.

Билет №4

1. Коэрцитивность монодоменных частиц; модель Стонера-Вольфарта. Коэрцитивность доменных границ.

2. Природа объемной анизотропии переходных d- и f- металлов, проводящих магнетиков и поверхностной анизотропии. Размагничивающие форм-факторы.

Билет №5

1. Магнитные домены. Виды доменной структуры: замыкающие домены, открытая ДС, ветвление доменов. Зависимость периода ДС от геометрии и магнитных параметров образца.

2. Доменные границы: стенки Блоха, Неля, магнитные вихри в границах.

Билет №6

1. Тепловые флуктуации намагниченности. Магнитная восприимчивочть и ФДТ –теорема. Уравнение Планка для эволюции вероятности углового распределения намагниченности в одноосной частице.

2. Магнитный инстантон и вероятность туннелирования для одноосной магнитной частицы. Магнитный аналог эффекта Аронова-Бома в двухосных частицах. Эксперименталные подтверждения эффектов МКК и МКТ.

Билет №7

1. Макроскопические квантовые явления. Формула Гамова. Фейнмановский подход для расчета Амплитуды вероятности туннелирования спинов.

2. Вероятность теплового изменения состояния в малой одноосной частице. Температура блокировка суперпарамагнетика и температура кроссовера.

Билет №8

1. Спиновый транспорт в многослойных магнитных структурах и ГМР при продольном протекании тока. Зависимость ГМР от свойств граничащих слоев и шероховатости сежслойных поверхностей.

Билет №9

1. Распределение электрического и электрохимического потенциалов в двухслойной ферромагнитной структуре при спиновой аккумуляции и магнитосопротивление при поперечном протекании тока.

2. Особенности поперечного ГМР многослойной периодической структуры.

Билет №10

1. Спиновый транспорт и передача вращательного момента. Теория Слончевского-Бергера.

2. Вращение и переключение спинов под действием спин-поляризованного тока в магнитных наностолбиках. Токо-полевая диаграмма стационарных состояний для одноосных и двухосных структур.

Билет №11

1. Физические принципы работы атомно-силового микроскопа. Собственные моды колебаний кантилевера и модель точечного осциллятора. Требования к жесткости кантитлевера.

2. Магнитно-силовой микроскоп. Особенности визуализации изображений и пространственное разрешение.

Билет №12

1. Влияние тепловых и квантовых флуктуаций кантилевера и фотоприемника на предельную чувствительность АСМ зонда. Достижение квантового предела.

2. Силовая ФМР-спектроскопия и ее предельные возможности.

ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПО КУРСУ «СПЕЦИАЛЬНЫЕ ГЛАВЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА»

Раздел дисциплины	Домашнее задание
	Содержание учебного задания	Время
		Консультации	СРС
Темы 1-3	Сравнительный анализ условий существования магнетизма в сплавах переходных металлов и оксидных редкоземельных ферримагнетиках.	0,5	2
Темы 4-5	Расчет коэффициентов размагничивания и магнитного гистерезиса магнитных наночастиц	1	3
Темы 6-7	Оценка вероятности потери информации в ячейке магнитной памяти дискового и магниторезистивного ЗУ на основе теории тепловых и квантовых флуктуаций намагниченности	1	3
Тема 8	Моделирование процессов токового переключения магнитных состояний в спиновом вентиле	2	7
Тема 9.	Расчет собственных частот кантилевера и моделирование магнитных изображений. Анализ методов теплового и пьезоэлектрического управления изгибом кантитлевера	2	7
	Всего:	6,5	22