Спин-инжиниринг - Spin engineering

Спин-инжиниринг описывает контроль и манипулирование квантовый спин системы для разработки устройств и материалов. Это включает в себя использование вращения степени свободы как зонд для спиновых явлений. Из-за фундаментальной важности квантового спина для физических и химических процессов спиновая инженерия актуальна для широкого круга научных и технологических приложений. Текущие примеры варьируются от Конденсация Бозе – Эйнштейна к хранению и чтению данных с вращением на современных жестких дисках, а также с помощью мощных аналитических инструментов, таких как ядерный магнитный резонанс спектроскопия и электронный парамагнитный резонанс спектроскопии к развитию магнитных молекул как кубиты и магнитный наночастицы. Кроме того, прядильная инженерия использует функциональность прядения для разработки материалов с новыми свойствами, а также для обеспечения лучшего понимания и передовых приложений традиционных систем материалов. Многие химические реакции предназначены для создания объемных материалов или отдельных молекул с четко определенными спиновыми свойствами, таких как одномолекулярный магнит.Цель данной статьи состоит в том, чтобы дать краткое описание областей исследований и разработок, в которых основное внимание уделяется свойствам и приложениям квантового спина.

Вступление

Поскольку спин является одним из фундаментальных квантовых свойств элементарные частицы это актуально для большого круга физических и химических явлений. Например, вращение электрон играет ключевую роль в электронная конфигурация атомов, которая является основой периодической таблицы элементов. Происхождение ферромагнетизм также тесно связан с магнитным моментом, связанным со спином, и спин-зависимым Принцип исключения Паули. Таким образом, разработка ферромагнитных материалов, таких как мю-металлы или же Алнико в начале прошлого века можно рассматривать как ранние примеры спиновой инженерии, хотя концепция спина в то время еще не была известна. Спиновая инженерия в ее общем смысле стала возможной только после первой экспериментальной характеристики спина в Эксперимент Штерна-Герлаха в 1922 г. с последующим развитием релятивистская квантовая механика Поль Дирак. Эта теория была первой, которая учла спин электрона и его магнитный момент.

В то время как физика спиновой инженерии восходит к революционным открытиям квантовой химии и физики в первые десятилетия 20-го века, химические аспекты спиновой инженерии привлекли особое внимание в последние двадцать лет. Сегодня исследователи сосредотачиваются на специализированных темах, таких как проектирование и синтез молекулярные магниты или другие модельные системы, чтобы понять и использовать фундаментальные принципы, лежащие в основе таких явлений, как связь между магнетизмом и химической реакционной способностью, а также механические свойства металлов, связанные с микроструктурой, и биохимическое воздействие спина (например, фоторецепторные белки ) и спиновый транспорт.

Области исследований спиновой инженерии

Спинтроника

Основная статья: Спинтроника

Спинтроника - это использование как собственного спина электрона, так и его основного электронного заряда в твердотельных устройствах и, таким образом, является частью спиновой инженерии. Спинтроника, вероятно, является одной из самых передовых областей спин-инженерии со многими важными изобретениями, которые можно найти в устройствах конечных пользователей, таких как считывающие головки для магнитных жестких дисков. Этот раздел разделен на основные спинтронные явления и их приложения.

Основные спинтронные явления

Приложения спинтроники

этот раздел посвящен текущим и возможным будущим применениям спинтроники, которые используют одно или комбинацию нескольких основных спинтронных явлений:

Спиновые материалы

материалы, свойства которых определяются или сильно зависят от квантового спина:

  • Магнитные сплавы, т.е. Соединения Гейслера
  • Графен системы
  • Органические прядильные материалы[8]
  • Молекулярные наномагнетики
  • Магнитные молекулы
  • Органические радикалы
  • Метаматериалы с искусственным магнетизмом

Обнаружение на основе вращения

Методы характеристики материалов и физических или химических процессов с помощью спиновых явлений:

Рекомендации

  1. ^ Ы Церковняк; и другие. (2002). «Усиленное затухание Гилберта в тонких ферромагнитных пленках». Письма с физическими проверками. 88 (11): 117601. arXiv:cond-mat / 0110247. Bibcode:2002PhRvL..88k7601T. Дои:10.1103 / PhysRevLett.88.117601. PMID  11909427. S2CID  23781506.
  2. ^ C Sandweg; и другие. (2011). "Спиновая накачка параметрически возбужденными обменными магнонами". Письма с физическими проверками. 106 (21): 216601. arXiv:1103.2229. Bibcode:2011PhRvL.106u6601S. Дои:10.1103 / PhysRevLett.106.216601. PMID  21699324. S2CID  14519388.
  3. ^ С. Такахаши и С. Маэкава (2008). «Спиновый ток, накопление спинов и спиновый эффект Холла *». Наука и технология перспективных материалов. 9 (1): 014105. Bibcode:2008STAdM ... 9a4105T. Дои:10.1088/1468-6996/9/1/014105. ЧВК  5099800. PMID  27877931.
  4. ^ Джей Си Ле Бретон; и другие. (2011). «Тепловой спиновый ток от ферромагнетика к кремнию посредством туннелирования спина Зеебека». Природа. 475 (7354): 82–85. Bibcode:2011Натура 475 ... 82л. Дои:10.1038 / природа10224. PMID  21716285. S2CID  4422579.
  5. ^ К. Учида; и другие. (2011). «Дальнодействующий спиновый эффект Зеебека и акустическая спиновая накачка». Материалы Природы. 10 (10): 737–741. arXiv:1103.6120. Bibcode:2011НатМа..10..737У. Дои:10.1038 / nmat3099. PMID  21857673. S2CID  118009611.
  6. ^ Г. Э. Бауэр, Ю. Церковняк (2011). "Спин-магнонная трансмутация". Физика. 4: 40. Bibcode:2011PhyOJ ... 4 ... 40B. Дои:10.1103 / Физика.4.40.
  7. ^ Y Kajiwara; и другие. (2010). «Передача электрических сигналов путем взаимного преобразования спиновых волн в магнитном изоляторе». Природа. 464 (7286): 262–266. Bibcode:2010Натура.464..262K. Дои:10.1038 / природа08876. PMID  20220845. S2CID  4426579.
  8. ^ S Sanvito; и другие. (2011). «Органическая спинтроника: фильтрация спинов молекулами». Материалы Природы. 10 (7): 484–485. Bibcode:2011НатМа..10..484С. Дои:10.1038 / nmat3061. PMID  21697848.

внешняя ссылка