2022/2023
Спинтроника
Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»
Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»
Статус:
Маго-лего
Кто читает:
Департамент физики
Когда читается:
1, 2 модуль
Охват аудитории:
для своего кампуса
Преподаватели:
Глазов Михаил Михайлович
Язык:
русский
Кредиты:
6
Контактные часы:
64
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 работаКонтрольная работа проводится в письменной форме. Контрольная работа состоит из 5 вопросов. За каждый правильный ответ студент получает 4 балла. Время на подготовку 2 часа.
- ЭкзаменЭкзамен проверяет освоение учащимся материала курса, а также умение самостоятельно пользоваться полученными знаниями. Экзаменационный билет состоит из двух вопросов из списка вопросов к экзамену. После ответа на вопросы экзаменатор задаёт дополнительные вопросы. Ответ на дополнительные вопросы не предполагает трудоёмких вычислений или длинных рассуждений и проверяет общее знание курса. На подготовку ответа выделяется 2,5 часа.
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.