magnetoelektronik

De magnetiske egenskaber af små partikler, tynde film og domæner er basis for lagring af data i fx magnetbånd eller computeres harddisk. En aflang magnetisk partikel, der består af et enkelt domæne med en typisk udstrækning mellem 10 og 100 nm, har sit magnetiske moment rettet enten med eller mod længderetningen. Den kan derfor benyttes til lagring af information, idet de digitale enheder 0 og 1 svarer til de to mulige retninger af det magnetiske moment.

Med baggrund i det fortsat voksende behov for lagring af data inden for stadig mindre områder har de fysiske egenskaber af tynde magnetiske film fået stor interesse. Man kan opbygge komplekse strukturer bestående af forskellige, både magnetiske og umagnetiske, tynde film og derved frembringe sensorer, der kan måle ændringer i magnetfelter igennem den elektriske modstands afhængighed af magnetfeltet. Effekten, der går under betegnelsen magnetoresistans, er usædvanlig stor i lagdelte magnetiske strukturer. Modstanden afhænger fx af den relative orientering af de magnetiske momenter af to film, der kan bestå af hhv. jern og chrom med en tykkelse på nogle få nm, adskilt af en umagnetisk metalfilm. Årsagen hertil er, at ledningselektronerne har spin og dermed et magnetisk moment.

Man kan opfatte den elektriske strøm som sammensat af bidrag fra spin, der peger i to modsatte retninger, op og ned. Hvis fx spin-op-strømmen er upåvirket af magnetisering i op-retningen, mens spin-ned-strømmen bremses pga. vekselvirkning med magnetisering i op-retningen, vil den samlede strøm gennem den lagdelte struktur være forskellig, alt efter om magnetiseringen i de to tynde magnetiske film har samme eller modsat retning.

Det er også muligt at fremstille halvmetalliske magneter, om hvilke det gælder, at kun spin-op-elektroner opfører sig metallisk. For spin-ned-elektronerne er der derimod et gab mellem det øverste, fuldt besatte energibånd og det nederste tomme bånd, og de opfører sig derfor, som de ville gøre i et isolerende materiale. Man benytter begrebet spintronik, der er dannet som et modstykke til elektronik, til at sammenfatte de fænomener, hvor ledningselektronernes spin og ikke blot deres ladning spiller en afgørende rolle for transporten af den elektriske strøm.