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Spintrônica Uma palestra introdutória

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Apresentação em tema: "Spintrônica Uma palestra introdutória"— Transcrição da apresentação:

1 Spintrônica Uma palestra introdutória
Tatiana G. Rappoport

2 Linhas gerais A eletrônica O spin Spintrônica em metais magnéticos
Spintrônica em semicondutores Spintrônica e computação quântica T. G. Rappoport

3 Eletrônica Da Wikipedia (inglês):
A eletrônica trata do estudo e uso de dispositivos elétricos que são operados pelo controle do fluxo de elétrons ou outras partículas eletricamente carregadas. T. G. Rappoport

4 Fluxo de elétrons Elétrons tem carga elétrica negativa.
Quando eles se movem (livres do núcleo dos átomos) e existe um fluxo resultante, este fluxo se chama corrente elétrica. Alguns dispositivos para controle do fluxo: Resistores Capacitores Diodos Transistores Papel fundamental dos dispositivos baseados em semicondutores, como transistores e diodos. (seminários de Belita e Maurício) T. G. Rappoport

5 Novidades na eletrônica
AFM O grafeno e seus elétrons relativísticos (2005) Velocidades de v ~106 m/s Massa efetiva mef0 Carbono x Silício? T. G. Rappoport

6 Elétrons e o campo magnético
Sob efeito de um campo magnético: TVs, impressoras deskjet,aceleradores de partículas etc. Mas… Um momento magnético se alinha com um campo B N S = N S B T. G. Rappoport

7 Experimento de Stern-Gerlach(1922)
Um feixe de átomos de prata se divide em dois quando passa por um campo magnético: Se… 5s1 Shows that electrons can spin in only two directions in space (since silver is made up of an odd number of electrons) Bola carregada em rotação?

8 Spin Spin: Momento angular intrínseco S
Propriedade do elétron, como massa e carga Momento magnético  associado a S Elétron se comporta como um pequeno imã Responsável pelo magnetismo: repulsão Coulombiana + exclusão de Pauli (seminário Thereza e Érica) T. G. Rappoport

9 Spintrônica Utiliza spin e carga dos elétrons (ou partículas similares)  electrônica com spins Os principais objetivos da spintrônica são O controle elétrico de propriedades magnéticas Controle magnético de propriedades elétricas Existem muitas aplicações para isso! T. G. Rappoport

10 Spintrônica II Armazenamento, processamento e manipulação de informação clássica: Manipulação com magnetização Armazenamento, processamento e manipulação de informação quântica: Manipulação individual de spins Computadores quânticos? T. G. Rappoport

11 Mas já chegamos lá… Leitura de dados no disco rígido
T. G. Rappoport

12 Magnetorestência Gigante (GMR)
FM Condutor -NM Eletrodo Negativo Eletrodo Positivo e Resistência resultante GRANDE r R FM Condutor -NM Eletrodo Negativo Eletrodo Positivo e Resistência resultante PEQUENA T. G. Rappoport

13 Válvulas de spin e a leitura
Spintrônica em metais magnéticos! T. G. Rappoport

14 Novidades em metais magnéticos
Spin-torque: O Spin do elétron de condução sofre uma rotação pela interação com a magnetização. Por conservação de momento angular, o spin exerce um torque na magnetização. Forma de gravação de memória magnética! Efeito similar em paredes de domínios (Seminário da Elis) v M1 M2 T. G. Rappoport

15 Spintrônica com semicondutores
Porque? Quase tudo que fazemos em eletrônica utiliza semicondutores (transistores, diodos, chips etc.) Integrabilidade Se pudermos fazê-los trabalhar com spins, eles terão múltiplas funções Materiais multifuncionais A indústria de semicondutores e sua grande capacidade Baixos custos T. G. Rappoport

16 Três requerimentos para a spintrônica

17 Injeção de spin

18 Injeção eficiente de spins
Não magnético Magnético T. G. Rappoport

19 Forma de medir a eficiência:
Injeção de spins Forma de medir a eficiência: Polarização de Spin T. G. Rappoport

20 Possibilidades Injeção desde metais ferromagnéticos
Problemas com a interface. Novos semicondutores magnéticos (DMS) Não há problema de interface (eles também são semicondutores) Atualmente não são ferromagnéticos a temperatura ambiente Injeção ótica, etc. T. G. Rappoport

21 Semicondutores magnéticos (DMS)
Mais famoso (1997): Ga1-xMnxAs Baixa concentração de Mn (2%-8% Mn) T. G. Rappoport

22 Como?

23 Epitaxia por feixe molecular (MBE)
T. G. Rappoport

24 Qual o mecanismo do magnetismo?
Interação indireta mediada por cargas T. G. Rappoport

25 Outras propriedades dos DMS
Manipulação elétrica do magnetismo Apresenta spin-torque Válvula de spin (?) Tem propriedades óticas T. G. Rappoport

26 Relaxação de spin

27 Relaxação lenta dos spins
tr~1ns dr~1m T. G. Rappoport

28 Semicondutores: um sucesso
Kikkawa, D.D. Awschalom, Nature (1999) T. G. Rappoport

29 Detecção do spin

30 Detecção confiável de spin
P=0! P=1! T. G. Rappoport

31 Algumas técnicas de detecção
Transporte eletrônico Efeito Hall anômalo Efeito túnel (seminário da Belita) dependente do spin Medidas óticas Dicroísmo circular Rotação Faraday Fotoluminescência T. G. Rappoport

32 Computação quântica Usando spins

33 Partículas quânticas Partícula clássica Partícula Quântica
T. G. Rappoport

34  Bits quânticos Bits clássicos: 1 13= 23 + 0x22 + 21 + 20 1
Wikipedia: “bit é a unidade mais básica de informação utilizada em computação e teoria da informação. 1 Bits clássicos: 13= x 1 Bits quânticos: T. G. Rappoport

35 Estados do spin como qubits
+ T. G. Rappoport

36 Caixa de um único elétron
Loss & DiVicenzo, PRA 57, 120 (1998) Injeção, manipulação e detecção de um único spin Processos de relaxação Realizações experimentais parciais (Delft, Harvard) Outras possibilidades de experimento T. G. Rappoport

37 Spintrônica com semicondutores
Avanços ? Nature Physics 3, (2007) T. G. Rappoport

38 Grupo de pesquisa Raimundo R. dos Santos Thereza Paiva Paulo Farinas
Tatiana Rappoport Spintrônica, supercondutividade, magnetismo etc. Alunos são bem vindos! T. G. Rappoport

39 Semicondutores Apresentações de Maurício e Belita
Em muitos materiais, os elétrons estão presos aos átomos. Como eles não podem se mover, não conduzem eletricidade. São os isolantes elétricos. Metais são bons condutores porque seus elétrons livres se movem facilmente entre os átomos. Um semicondutor é quase um isolante. Podemos transformar um semicondutor em um condutor ao doparmos ele. Apresentações de Maurício e Belita T. G. Rappoport

40 Nano X spintrônica Se queremos ser nano, precisamos de materiais multifuncionais Mais eficiência, menos dissipação Alguns dispositivos nanoscópicos permitem a manipulação individual de cargas e spins. Controle do processo de relaxação Esse controle é necessário para a computação quântica T. G. Rappoport


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