spinnstrøm

Elektroner har en kvantemekanisk egenskap kalt spinn. Dette kan forenklet sett visualiseres som en pil som peker enten opp eller ned. (a) En ladningsstrøm består av like mange elektroner med spinn opp og spinn ned som alle beveger seg i samme retning. (b) Dersom det er flere elektroner med spinn som peker opp, er ladningsstrømmen spinnpolarisert. Dermed utgjør elektronbevegelsen både en ladningsstrøm og en spinnstrøm. (c) Dersom elektroner med motsatt spinn beveger seg i motsatte retninger, er det ingen transport av elektrisk ladning, siden like mange elektroner beveger seg mot høyre som mot venstre. Derimot er det en netto transport av spinn, slik at spinnstrømmen er forskjellig fra null, mens ladningsstrømmen er null.
Illustrasjon av spinnstrøm. av . CC BY SA 3.0

En spinnstrøm består av spinnpolariserte partikler i bevegelse og spiller en sentral rolle innenfor forskningsfeltet spinntronikk.

Spinnstrømmer blir benyttet i både kommersielt tilgjengelig harddiskteknologi, samt magnetisk minneteknologi.

Beskrivelse

Spinn er en kvantemekanisk egenskap som mange partikler har. Det kan visualiseres som en pil som bestemmer retningen til spinnet. Retningen pilen peker i kalles for spinnpolariseringen til partikkelen. Elektroner og magnoner er eksempler på partikler som har spinn og dermed kan danne en spinnstrøm.

Sammenhengen mellom en strøm av elektrisk ladning og en spinnstrøm vises i figuren, hvor elektroner er brukt som eksempel. Elektroner har spinn som peker enten opp eller ned.

Ladningsstrømmen ΙQ er definert som

ΙQ = Iopp + Ined

hvor Iopp er strømmen av elektroner med spinn som peker opp, mens Ined er strømmen av elektroner med spinn som peker ned.

Spinnstrømmen ΙS er definert som

ΙS = IoppIned

og er dermed forskjellig fra null dersom det ikke er like mange elektroner med spinn opp som spinn ned i bevegelse i en gitt retning.

I en vanlig ladningsstrøm er det like mange elektroner med spinn opp som spinn ned, og spinnstrømmen Is er dermed lik null. Dersom ladningsstrømmen er spinnpolarisert, er det flere elektroner med én type spinn enn den motsatte typen. I et slikt tilfelle transporteres både ladning og spinn.

En ren spinnstrøm oppnås dersom Ined = −Iopp. Det følger da av formlene ovenfor at ladningsstrømmen er lik null, mens spinnstrømmen er forskjellig fra null. Dette er tilfellet når elektroner med spinn opp går i én retning, mens elektroner med spinn ned går i motsatt retning, som vist i figuren.

Den enkleste måten å skape en spinnstrøm på er å sende inn en elektrisk strøm i et ferromagnetisk materiale. Denne strømmen blir raskt spinnpolarisert, da et ferromagnetisk materiale har et overskudd av én type spinnretning sammenliknet med den motsatte typen spinnretning.

Praktisk anvendelse

Spinnstrømmer benyttes i kjempemagnetoresistanseffekten, som danner grunnlaget for en bestemt type harddiskteknologi.

Spinnstrømmer brukes også til å utøve et dreiemoment på magnetiseringen til et materiale via såkalt spinnoverføring. I 2012 ble magnetisk minneteknologi til datamaskiner basert på dette prinsippet kommersielt tilgjengelig.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg