Spintronics

2021/2022

Academic Year

RUS

Instruction in Russian

5

ECTS credits

Delivered at:

Department of Physics

Course type:

Elective course

When:

2 year, 1, 2 module

Программа дисциплины

Аннотация

Дисциплина направлена на приобретение обучающимися знаний, умений и навыков в области спиновых явлений в твердых телах, полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах. Исследование таких эффектов вылилось в последние годы в формирование отдельной области современной физики конденсированного состояния — спинтроники. Задача курса – расширить кругозор слушателей, познакомив их с одним из прорывных и наиболее популярных направлений современной физики. Для освоения дисциплины студенты должны владеть основными понятиями и методами квантовой теории (в том числе релятивистской), теории конденсированных сред, физики низкоразмерных систем и оптики полупроводников.

Цель освоения дисциплины

• Ознакомление студентов с основами спин-зависимых явлений в различных объектах на основе конденсированных сред, включая низкоразмерные структуры и магнитные наноструктуры.

Планируемые результаты обучения

• Знание метода учета вкладов Рашбы и Дрессельхауза в эффективный гамильтониан. Знание основных механизмов проявления спин-орбитального взаимодействия в полупроводниках.
• Знание методов инжекции спинов из ферромагнетика. Знание механизмов возникновения спин-зависимого туннелирования. Знание механизмов спинового транспорта в магнетиках.
• Знание основных механизмов спиновой релаксации свободных носителей заряда в полупроводниковых материалов: механизмы Эллиота-Яфета и Дьяконова-Переля.
• Знание теоретических основ спинового эффекта Фарадея. Знание теоретических основ и аппаратной реализации метода “накачка-зондирование” (pump-probe)
• Знание теоретических основ эффекта Мотта. Знание основных механизмов ориентации спинов электрическим током. Знание понятий спиновых токов в полупроводниковых материалах, сопоставление спиновых токов и электрических. Знание микроскопических механизмов возникновения спиновых токов в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах.
• Знание теории спиновых биений электронов в магнитном поле. Знание условий возникновения электронного парамагнитного (спинового) резонанса, электронного дипольного спинового резонанса. Знание теоретических основ классических методов изучения спиновой динамики электронов и ядер. Знание теоретических основ эффекта Ханле. Знание теоретических основ метода исследования характерных релаксационных времен носителей заряда на основе поляризованной люминесценции излучения.
• Знание экспериментальных методик измерения поляризованной люминесценции для исследования времен спиновой релаксации в полупроводниках. Умение определять время жизни носителя и время спиновой релаксации на основании экспериментов по эффекту Ханле. Умение проводить оценки времен спиновой релаксации в полупроводниках на основании поляризованного излучения. Владение математическими методами моделирования времен спиновой релаксации в полупроводниках.
• нание основ теории обменного взаимодействия между электронами. Знание основных положений и понятий ферромагнетизма. Знание полупроводникового класса магнитных материалов - разбавленные магнитные полупроводники. Знание понятий объемной, структурной и интерфейсной асимметрии.
• спинов локализованных носителей. Знание теоретических основ эффекта Оверхаузера. Знание основных явлений, связанных со взаимодействием ядерной и электронной спиновых систем в полупроводниках. Знание понятия слабой антилокализации Знание теоретических основ эффекта Шубникова – де Гааза.

Содержание учебной дисциплины

• Тема 1. Введение в магнетизм.
• Тема 2. Спин-орбитальное взаимодействие в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах.
• Тема 3. Спиновое расщепление энергетического спектра в магнитном поле.
• Тема 4. Оптическая ориентация электронных спинов.
• Тема 5. Спиновый эффект Фарадея и метод накачка-зондирование.
• Тема 6. Спиновая релаксация свободных носителей заряда. Спиновые флуктуации.
• Тема 7. Ориентация спинов электрическим током, спин-гальванический эффект.
• Тема 8. Спиновый транспорт в магнитных системах, гигантское магнитосопротивление.
• Тема 9. Сверхтонкое взаимодействие электронных и ядерных спинов.

Элементы контроля

• контрольная работа
• экзамен

Промежуточная аттестация

• 2021/2022 учебный год 1 модуль
  0.5 * экзамен + 0.5 * контрольная работа
• 2021/2022 учебный год 2 модуль
  0.5 * контрольная работа + 0.5 * экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Claudia Felser, & Gerhard H Fecher. (2013). Spintronics : From Materials to Devices. Springer.

Рекомендуемая дополнительная литература

• Waser, R., Schneider, C. M., Morgenstern, M., Bürgler, D., & Blügel, S. (2009). Spintronics - from GMR to quantum information : lecture notes of the 40th spring school 2009. Forschungszentrum, Zentralbibliothek.

Авторы

• Шендерович Игорь Евгеньевич