Budoucnost mikroelektroniky ve hvězdách.... spintronika jednou z možných cest

Podobné dokumenty
Spintronics. Tomas Jungwirth. Institute of Physics ASCR Prague, Czech Rep. and University of Nottingham, UK

Objevy v oblasti antiferomagnetických materiálů mění způsob ukládání dat

T. Jungwirth, V. Novák, E. Rozkotová, T. Janda, J. Wunderlich, K. Olejník, D. Butkovičová, J. Zemen, F. Trojánek, P. Malý

STACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Elektrický proud v polovodičích

5. Vedení elektrického proudu v polovodičích

Vzájemné silové působení

ATOMOVÁ FYZIKA JADERNÁ FYZIKA

Elektřina a magnetizmus magnetické pole

Magnetické vlastnosti látek (magnetik) jsou důsledkem orbitálního a rotačního pohybu elektronů. Obíhající elektrony představují elementární proudové

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Elektronový obal atomu

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Od kvantové mechaniky k chemii

Atom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =

Orbitalová teorie. 1.KŠPA Beránek Pavel

Látky. Látky pevné, kapalné a plynné. Částicová stavba látek. Vzájemné silové působení částic. Prvek a sloučenina. Vlastnosti atomů a molekul

Látkové množství. 6, atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A

Atomové jádro Elektronový obal elektron (e) záporně proton (p) kladně neutron (n) elektroneutrální

Kvantová informatika pro komunikace v budoucnosti

VY_32_INOVACE_246. Základní škola Luhačovice, příspěvková organizace Ing. Dagmar Zapletalová. Člověk a příroda Fyzika Opakování učiva fyziky

ATOM. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

18. Stacionární magnetické pole

STACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Přehled veličin elektrických obvodů

Fyzikální vlastnosti materiálů FX001

Struktura a vlastnosti kovů I.

1. Kvantové jámy. Tabulka 1: Efektivní hmotnosti nosičů v krystalech GaAs, AlAs, v jednotkách hmotnosti volného elektronu m o.

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 10

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

Kvantová fyzika. Pavel Cejnar mff.cuni.cz. Jiří Dolejší mff.cuni.cz

2. Elektrotechnické materiály

MOLEKULÁRNÍ NANOMAGNETY A JEJICH TECHNOLOGICKÉ APLIKACE

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Kapitola 3. Magnetické vlastnosti látky. 3.1 Diamagnetismus

ELEKTROSTATIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 2. ročník

Chemické repetitorium. Václav Pelouch

Základy elektrotechniky - úvod

Fyzika IV. -ezv -e(z-zv) kov: valenční elektrony vodivostní elektrony. Elektronová struktura pevných látek model volných elektronů

Základní zákony a terminologie v elektrotechnice

FYZIKA KOLEM NÁS. bez vnějšího pole. s vnějším polem

Otázka č. 3 - BEST Aktivní polovodičové součástky BJT, JFET, MOSFET, MESFET struktury, vlastnosti, aplikace Vypracovala Kristýna

Fyzika pevných látek. doc. RNDr. Jan Voves, CSc. Fyzika pevných látek Virtual Labs OES 1 / 4

Theory Česky (Czech Republic)

ATOMOVÉ JÁDRO. Nucleus Složení: Proton. Neutron 1 0 n částice bez náboje Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo: celkový počet nukleonů v jádře

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Hardware. Ukládání dat, úložiště. Mgr. Jan Veverka Střední odborná škola sociální Evangelická akademie

EU PENÍZE ŠKOLÁM Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost

Elektřina a magnetizmus závěrečný test

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ BENEŠOV Černoleská 1997, Benešov Chemie. Atom a jeho elementární částice - Pracovní list. Ročník 1.

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_15_Bipolární tranzistor Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl

5. Materiály pro MAGNETICKÉ OBVODY

Zvyšování kvality výuky technických oborů

7 Hallůvjevvkovuapolovodiči

9. ČIDLA A PŘEVODNÍKY

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Základní škola, Ostrava Poruba, Bulharská 1532, příspěvková organizace

X14 AEE + EVA Mindl. Odstředivý regulátor předstihu zážehu

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

13. Další měřicí přístroje, etalony elektrických veličin.

Okruhy k maturitní zkoušce z fyziky

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

ATOMOVÉ JÁDRO A JEHO STRUKTURA. Aleš Lacina Přírodovědecká fakulta MU, Brno

dvojí povaha světla Střední škola informatiky, elektrotechniky a řemesel Rožnov pod Radhoštěm Název školy Předmět/modul (ŠVP) Vytvořeno listopad 2012

Magnetické pole - stacionární

Opakování učiva 8. ročníku. Elektrodynamika. Působení magnetického pole na vodič, vzájemné působení vodičů. Magnetické pole cívky

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Struktura elektronového obalu

Současnost a budoucnost pevných disků Obsah

Stacionární magnetické pole. Kolem trvalého magnetu existuje magnetické pole.

Za hranice současné fyziky

Sada 1 - Elektrotechnika

Sada 1 - Elektrotechnika

Elementární částice. 1. Leptony 2. Baryony 3. Bosony. 4. Kvarkový model 5. Slabé interakce 6. Partonový model

ELEKTRONICKÉ PRVKY TECHNOLOGIE VÝROBY POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ

Počítačová sestava pevný disk (HDD, SSD, USB flash disk)

Příklady Kosmické záření

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

Relativistická dynamika

Paměti počítače ROM, RAM

Magnetické materiály a jejich vlastnosti. Prof.Mgr.Jiří Erhart, Ph.D. Katedra fyziky FP TUL

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění

Mol. fyz. a termodynamika

FYZIKA 6. ročník 1_Látka a těleso _Vlastnosti látek _Vzájemné působení těles _Gravitační síla... 4 Gravitační pole...

Vlastnosti atomových jader Radioaktivita. Jaderné reakce. Jaderná energetika

Metrologie v geodézii (154MEGE) Ing. Lenka Línková, Ph.D. Katedra speciální geodézie B

Systémy analogových měřicích přístrojů

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. výstup

Fyzika - Prima. Vlastnosti pevných, kapalných a plynných látek; Zkoumání a porovnávání společných a různých vlastností látek

Hamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:

4.5.7 Magnetické vlastnosti látek

Jiří Oswald. Fyzikální ústav AV ČR v.v.i.

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

Stacionární magnetické pole Nestacionární magnetické pole

Hlavní body - elektromagnetismus

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Transkript:

Budoucnost mikroelektroniky ve hvězdách... spintronika jednou z možných cest

Transistor

Transistor 1:1 1:0.000001 1. transistor z roku 1947..dnes s velikostí hradla pod 20 nm a vzdáleností 2 nm od polovodivého kanálu (1 nm = 10-9 m)

Integrovaný obvod - čip 10-100 milionů transistorů na čipu (Několik kilometrů drátů o tloušťce 10-100 nm)

Na hranici klasické fyziky Křemík už netěsní

Fyzický konec škálovaní u 1 nm, dál už jen jednotlivé atomy

Konec škálovaní na dohled co potom je zatím ve hvězdách 40 32 nm 2009

Atom Valenční elektrony ev Atomové jádro MeV (10 6 ev)

Elektron - ika Elementární částice elektron: Ovládán elektrickým polem s nábojem (záporným) Q = 1.60217646 10 19 C s malou hmotností m = 9.10938188 10 31 kg - Co dál s elektronem?

Kvantová relativistická fyzika 2 p r E = ih ψ(, t) = 2m t 2 2 h r ψ(, t) 2 2m r

Kvantová relativistická fyzika E m = mc = γm 2 0

Kvantová relativistická fyzika

Spin: vnitřní stupeň volnosti elektronu

Spin: vnitřní stupeň volnosti elektronu Spin-up

Spin: vnitřní stupeň volnosti elektronu Spin-down

Spin: vnitřní stupeň volnosti elektronu Kvantová fyzika: libovlná kombinace také možná a + b

Elektronika bez pohybu náboje jen se spinem Klasické 2 bity a počítání buď 00 11 10 01 nebo nebo nebo Kvantové 2 bity a počítání: 1 = a 0 = a 00 + b 11 + c 10 + d 01 v páru kvantových bitů je možné uložit libovolnou kombinaci 4 stavů najednou Pro n bitů je to 2 n stavů 2 4 10 1024 100 1267650600228229401496703205376

Elektronika s ultra-relativistickými částicemi se spinem Ultrarychlé částice s klidovou hmotou blízkou 0 (neutrino)

Elektronika s ultra-relativistickými částicemi se spinem Ultrarychlé částice s klidovou hmotou blízkou 0 (neutrino) a navíc spin a pohyb se vzájemně ovlivňují E = r cp v s

Elektronika s ultra-relativistickými částicemi se spinem Ultrarychlé částice s klidovou hmotou blízkou 0 (neutrino) a navíc spin a pohyb se vzájemně ovlivňují E = r cp v s

Ultra-relativistické elektrony v uhlíkové vločce neutrino graphene E r v r v = cp s E = vp s Elektron v jedné atomové vrstvě uhlíku (graphenu): nulová efektivní hmota rychlost v = c / 300

Spintronika maléshrnutí Elektron nese elementární (záporný) naboj

Spintronika maléshrnutí Elektron nese elementární (záporný) naboj Elektron nese spin, se kterým se dá počítat i bez pohybu náboje a 00 + b 11 + c 10 +d 01

Spintronika maléshrnutí Elektron nese elementární (záporný) naboj Elektron nese spin, se kterým se dá počítat i bez pohybu náboje a který může být s pohybem svázán a 00 + b 11 + c 10 +d 01

Spintronika maléshrnutí Elektron nese elementární (záporný) naboj Elektron nese spin, se kterým se dá počítat i bez pohybu náboje a který může být s pohybem svázán a 00 + b 11 + c 10 +d 01 Spin je elementární magnetický moment

Spintronika maléshrnutí Elektron nese elementární (záporný) naboj Elektron nese spin, se kterým se dá počítat i bez pohybu náboje a který může být s pohybem svázán a 00 + b 11 + c 10 +d 01 Spin je elementární magnetický moment

Dnes spintronické součástky využívaji feromagnetické vodiče Kolektivní chování spinů snadné ovládání a velký signál

Dnes spintronické součástky využívaji feromagnetické vodiče Kolektivní chování spinů snadné ovládání a velký signál

Dnes spintronické součástky využívaji feromagnetické vodiče Kolektivní chování spinů snadné ovládání a velký signál a paměť

První spintronické prvky v magnetických sensorech Dnes ve všech počítačích

Spintronická operační paměť v čipu - MRAM Prvni 4Mb MRAM 2006 Dnes 32Mb RAM čip, který nezapomíná nehybný pevný disk Spintronika dnes umožňuje integraci funkcí zapisování, ukládání a čtení informace v jediném elektronickém prvku

... už je třeba jen přidat zpracování informace čili Spintronický transistor

Klasický transistor

Jeden přístup: udělat z obyčejného polovodiče feromagnetický Zatlouct železný hřebík do křemíkové desky není správná cesta

Stavebnice z jednotlivých atomů Růst po atomových vrstvách

Stavebnice z jednotlivých atomů Čisto (vakuum) jako v mezihvězdném prostoru 10 6 to 10 17 mbar 10 9 to 10 12 mbar

Jeden přístup: udělat z obyčejného polovodiče feromagnetický Růst Mn-dopovaného GaAs s atomovou přesností GaAs standardní III-V polovodič Group-II Mn magnetické momenty a díry GaAs:Mn feromagnetický a elektricky dopovaný polovodič

Pomocí nano-litografie lze sestrojit spintronický transistor p- nebo n-typový transistor podle orientace spinů Feromagnetismus jen při nízkých teplotách (<200 Kelvinů v GaMnAs)

Jiná možnost je ochočit spiny v nemagnetickém polovodiči Spin závisí na pohybu elektronu F SO F SO I E Zmagnetované hrany (spinový Hallův jev)

Spinový Hallový mikročip Supravodivý magnet Stejná magnetizace v polovodiči dosažená pomocí milionkrát menších proudů i rozmerů

Spiny v polovodiči se dají ještě víc zkrotit σ + Injektované spinově polarizované proudy budí příčné elektrické napěti

Spiny v polovodiči se dají ještě víc zkrotit ferromagnet + + + Injektované spinově polarizované proudy budí příčné elektrické napěti

Spiny v polovodiči se dají ještě víc zkrotit ferromagnet + + + + + + + + + + + + Ustálený stav

Spiny v polovodiči se dají ještě víc zkrotit ferromagnet + + + + + + Spiny působí na proud ale i proud může působit na spiny

Spintronický transistor ferromagnet + + + + + +

Spintronický transistor V G ferromagnet + + + + + + + + + +

Budoucnost mikroelektroniky ve hvězdách... spintronika jednou z možných cest...... která se učí z kvantové relativistické fyziky a skládání látek z jednotlivých atomů...... využívá spin elektronu samostatně nebo svázaného s pohybem náboje v elektrickém a magnetickém poli...... úspěšně nahrazuje nebo integruje prvky pro ukládání a čtení informace...... zpracování informace zatím na ůrovni prototypů jednotlivých spintronických transistorů