Спинтроника и спиновая физикаСпинтроника и спиновая физика

А.В. КудиновА.В. Кудинов

СамуэльГаудсмит

ДжорджУленбек

АртурКомптон

ВольфгангПаули

РальфКрониг

ПитерЗееман

ФридрихПашен

Магнитные явления, магнитные атомы, магнетикиМагнитные явления, магнитные атомы, магнетики

Атомы и ионы с частично заполненными оболочками:

Вещества, их содержащие, обладают наиболееярко выраженными магнитными свойствами

Нет взаимодействия – парамагнетик (Ланжевена):

Есть взаимодействие – может возникнуть магнитный порядок:

Откуда берется такое разнообразие?

Примеры взаимодействий, зависящих от спинаПримеры взаимодействий, зависящих от спина

СверхобменРККИ

Метод магнитного резонансаМетод магнитного резонанса

ИсидорРаби

ФеликсБлох

ЭдвардПёрселл

ЕвгенийЗавойский

Оптическая ориентация спиновОптическая ориентация спинов

• Фотон: спин единица, спиральность +1 или -1.

• При поглощении фотона веществом должен сохраняться угловой момент.

• Значит, угловой момент передается кому-то…

• С помощью (поляризованного) света можно добиться неодинаковой заселенности вырожденных состояний! Оптическая накачка.

АльфредКастлер

Оптическая ориентация в полупроводникахОптическая ориентация в полупроводниках

ЖоржЛампель

БорисЗахарченя

ВладимирПерель

ГригорийПикус

Середина 90-х: «Спинтроника!!»Середина 90-х: «Спинтроника!!»Что это значит?Что это значит?

• «Применить спины в электронике?» Но они давно применяются...

• Существуют ли действительно новые вызовы?

Сверхзадача №1: магнитные элементы на полупроводниковом чипе.

Сверхзадача №2: новые принципы хранения и обработки информации.

Гигантское магнитосопротивлениеГигантское магнитосопротивление

АльберФерт

ПетерГрюнберг

А. Ферт. УФН 178, 1336 (2007)

Считывающая головка жесткого дискаСчитывающая головка жесткого диска

Туннельное магнитосопротивлениеТуннельное магнитосопротивление

MRAMMRAM и архитектура и архитектура cross-pointcross-point

STT-MRAMSTT-MRAM

Li Gao. PhD thesis. Stanford Uni., 2009.

Транзистор Датты-ДасаТранзистор Датты-Даса (spin FET) (spin FET)

Транзистор Датты-ДасаТранзистор Датты-Даса

S.Das Sarma.Am. Scientist 89,

516 (2001)

Транзистор Датты-ДасаТранзистор Датты-Даса

J. Nitta et al., Phys. Rev. Lett. 78,1335 (1997)

L.C. Koo et al., Science 325,515 (2009)

ФотокоэрцитивностьФотокоэрцитивность

T. Kiessling et al., AIP Conf. Proc., 1399, 741 (2011)

Владимир КореневФТИ РАН

Квантовые вычисленияКвантовые вычисления

«кубит» (qubit) – квантовый аналог

бита информации

Инициализация, вращение,измерение…

К.А. Валиев. УФН 175, 3 (2005)

Примеры операций над кубитами (Примеры операций над кубитами (quantum gatesquantum gates))

Квантовые алгоритмыКвантовые алгоритмы

Алгоритм Шора (разложение на множители)

Алгоритм Гровера («поиск в базе») ~ N^(1/2), log(N)

Алгоритм Залки-Визнера ~ N, N

Практические проблемы квантовых вычисленийПрактические проблемы квантовых вычислений

Потеря когерентности квантовых состояний

Необходимость повышения точности управляющих сигналов

Выбор элементной базы

Summary:Summary:

• Металлическая спинтроника – продается в магизине

• Полупроводниковая спинтроника – будоражащие перспективы

• Квантовый компьютер – Вас будут цитировать через 300 лет

Оптическая ориентация птицОптическая ориентация птиц

Кирилл КавокинФТИ РАН

Зарянка Erithacus rubecula

Самое хорошее, что есть в исследовательской работе физика … это возможность общаться с людьми, с которыми ты каждый день встречаешься на работе.