دانلود ترجمه مقاله نیمه هادی اسپینترونیک (نیم رسانای Spintronics) – مجله IEEE

فهرست مطالب:

چکیده
۱ مقدمه
۲ پیشنهادات  نیمرسانای اسپینترونیک
فرومغناطیس القایی حامل
تلفیق و ادغام اثر معناطیسی نوری
سنسور مغناطیسی فوق العاده حساس
فرومغناطیسی
کنترل پلاریزاسیون اسپین و چسبندگی
پردازش اطلاعات کوانتوم
فرومغناطیس و پدیده های وابسته به اسپین در نیمرساناها
نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده
نیمرساناهای فرومغناطیسی
و سایر نیمرساناهای فرومغناطیسی
نیمرساناهای غیر مغناطیسی
چالش های اسپینترونیک  نیمه هادی
دمای انتقال فرومغناطیسی بالا
کنترل فروفرومغناطیس در دمای اتاق
بزرگنمایی اسپین
آشکارسازی و اجرای تک اسپین
نتیجه گیری

بخشی از ترجمه:

مقدمه

موفقیت الکترونیک نیمرسانا بر پایه درجه آزادی بارهای الکترون ها در نیمرساناها بنا شده است. درجه آزادی اسپین، مورد استفاده در ذخیره جرم مغناطیسی، مدتهای طولانی در نیمرساناها نادیده گرفته شده بود، علت این امر انرژی پائین دو حالت اسپین الکترونها در نیمرساناها بود. اما، به خاطر پیشرفتهای صورت گرفته در علوم و فناوری نیمرسانا، کنترل و دستکاری درجه آزادی اسپین در نیمرساناها به میزان زیادی ممکن شده است. به علاوه تکنولوژی نیمرسانا ابعاد کاری را به منظور تامین تقاضا برای مدارهای مجتمع متراکم تر و سریعتر، به طور مستمر و مداوم کاهش داده است. این امر منجر به شکل گیری یک بعد در مقیاس نانو گردید که برهم کنش ( برهم کنش وابسته به اسپین) میان حامل ها را نمی توان نادیده گرفت.
در نتیجه لازم است با برهم کنش های وابسته به اسپین در نیمرساناها در آینده نزدیک کار کنیم. پیشرفتهای صورت گرفته در فناوریهای تصویربرداری مغناطیسی ، پدیده های وابسته به اسپین در ساختارهای مقیاس نانو راآشکار می سازد. کلیه این پیشرفتها حاکی از آن است که زمان به کشف ، شناخت و استفاده از پدیده های وابسته به اسپین در نیمرساناها می پردازد. این مسئله ممکن است منجر به افزایش هرچه بیشتر وظایف دستگاههای موجود و مدارها مثلاً استفاده از قابلیت ذخیره حجمی و پردازش اطلاعات در آن واحد و تحقق فناوریهای اطلاعات کوانتوم با استفاده از اسپین به عنوان کوبیت در حالت جامد گردد. این بخش از الکترونیک نیمرسانا ، اسپینترونیک نیمرسانا نامیده می شود که درجات آزادی اسپین و بار نقش مهمی در تحقق وظایف ایفا می کنند. آخرین فناوری مواد نیمرسانا ، یک سری نیمرساناهای فرومغناطیسی عرضه می کند که با نیمرساناهای غیرمغناطیسی موجود سازگاری دارند ( حاوی عناصر مغناطیسی مثل Mn نمی باشند). این نوع سازگاری به ما امکان تلفیق و یکپارچه سازی فرومغناطیس با کلیه آزادی های موجود در نیمرساناها من جمله ساختارهای ناهمگن و ناجور در یک ساختار بلوری را میدهد. ازساختارناهمگن نیمرسانا فرومغناطیسی می توان برای ذخیره اطلاعات، بزرگنمایی جریان اسپین، اطلاعات فرایند و قرائت حالات کوانتوم اسپین استفاده نمود. با توجه به ترکیب پیشرفتهای صورت گرفته در علوم مواد نیمرسانا، تکنولوژی وسایل و فیزیک مقیاس نانو، و مدارات مجتمع ، باید توانایی پولاریزاسیون، تزریق، ذخیره ، دستکاری و سپس آشکارسازی اطلاعات اسپین را داشته باشیم. به منظور مرور وضعیت جریان، آزادی های جدید در خصوص دستکاریهای اسپین را در بخش ۲ جمع بندی می کنیم. بخش ۳ به توصیف شناخت پدیده های وابسته به اسپین در ارتباط با نیمرسانای اسپینترونیک می پردازد. چشم انداز و چالش هایی که در آغاز قرن ۲۱ باید برآورده گردند، در بخش ۴ مطرح شده اند.

نتیجه گیری
در اینجا تلاش کرده ایم پیشرفتهای اخیر حاصل شده در رشته اسپینترونیکس  نیمرسانا را مرور کنیم، در این رشته ، تحقیقات به سمت تحقق قابلیت ها از طریق استفاده از بار و درجه آزادی اسپین در نیمرساناها معطوف گردیده است. در طول ۱۰ سال گذشته، پیشرفتهای قابل توجهی در این رشته صورت گرفته است. حال تعداد سیستم اولیه از ساختارهای غیر یکنواخت نیمرسانای فرومغناطیسی گرفته تا پیوستگی و چسبندگی اسپین فضایی زمانی طولانی در ساختارهای غیر یکنواخت غیر مغناطیسی در اختیار داریم. با کار روی این ساختارها، نه تنهابا تئوری بلکه با آزمایش و با استفاده از درجه آزادی اسپین کشف نشده ، یادمی گیریم که چه اطلاعاتی در نیمرساناها نهفته می باشد. پیشرفتهای صورت گرفته در فرومغناطیسم در دمای اتاق در نیمرساناها، الکتریسیته القایی نیمرسانا را ممکن است و زمان چسبندگی بسیار طولانی و طول به همراه ابزارهای مختلف کنترل و کوپلینگ با وسایل نوری  ، اسپین ها در نیمرساناها را به گزینه انتخابی قوی برای تحقق فناوری اطلاعات کوانتوم آتی تبدیل می کند. اگرچه اسپینترونیکس نیمرسانا شروع به پیشرفت کرده است اما تبدیل شدن آن به الکترونیک واقعی ، نیازمند برنامه تحقیق و توسعه دینامیکی و جامعی متشکل از محققین رشته های مختلف می باشد، از رشته های فیزیک حالت جامد، رشد بلور، مغناطیس ، گرفته تا مهندسی برق و کامپیوتر، طراحی مدار و علوم اطلاعات . برقراری ارتباط با محققین رشته های دیگرازاهمیت حیاتی برخوردار بوده و شما را دعوت می کنیم تا به این رشته مهیج در حال توسعه ملحق شوید.

بخشی از مقاله انگلیسی:

INTRODUCTION

THE SUCCESS of semiconductor electronics has been builton the charge degree of freedom of electrons in semiconductors.The spin degree of freedom, used in magnetic massstorage, has long been neglected in semiconductors because ofthe almost degenerate energies of the two spin states of electronsin semiconductors. However, because of the advances in semiconductorscience and technology, the control and manipulationof the spin degree of freedom in semiconductors is becomingincreasingly possible [1]–[۳]. In addition, semiconductor technologyhas continuously reduced its working dimension to meetthe demand for faster and denser integrated circuits. This leadsus to a nanoscale dimension, where exchange interaction (aspin-dependent interaction) among carriers can no longer beignored; like it or not, we will inevitably have to work with spindependent interactions in semiconductors in the near future.Progress in magnetic imaging technologies has also startedto reveal spin-dependent phenomena in nanoscale structures[4]. All these developments indicate that the time has come toexplore, understand and utilize the spin-dependent phenomenain semiconductors. This may lead us to further increase thefunctionalities of existing devices and circuits like using thecapability of mass storage and processing of information at the same time, and to realize quantum information technologiesusing spin as a qubit in solid state. This area of semiconductorelectronics is called semiconductor spintronics, where bothcharge and spin degrees of freedom play an important andindispensable role in realizing functionalities.

The latest semiconductor material technology offers a seriesof ferromagnetic semiconductors that are compatible with theexisting nonmagnetic semiconductors (contain no magneticelement like Mn). Such compatibility allows us to integrate, in asingle crystal structure, ferromagnetism with all the freedomsweare currently enjoying in semiconductors including heterostructures.These ferromagnetic semiconductor heterostructure canthen be used to store information, amplify spin current, processinformation, and initialize and read-out spin quantum states.The combination of the advances in semiconductor materialscience, nanoscale physics and device technology, and integratedcircuits, we should be able to polarize, inject, store, manipulate,and then detect spin information. To review current status, wesummarized the new freedoms in spin manipulations in SectionII. Section III describes our understanding of spin-dependentphenomena related to semiconductor spintronics. The prospectand challenges that we need to meet in the beginning of the21st century are outlined in Section IV. 

V. CONCLUSION

We have attempted to review the recent progresses achieved in the field of semiconductor spintronics, where research are directed toward realizing functionalities by the use of both charge and spin degrees of freedom in semiconductors. Over the last 10 years, significant developments have been made in this field. We now have in our hand a number of prototypical systems ranging from ferromagnetic semiconductor heterostructures to long spatiotemporal spin coherence in nonmagnetic heterostructures. Working on these structures, we are learning, not only by theory but also by experiment, what are available to us in semiconductors by using the largely unexplored spin degree of freedom. The progress in room-temperature ferromagnetism in semiconductors will certainly make semiconductor magnetoelectronics possible and the long spin coherence time and length together with the various means of control and coupling to optics make spins in semiconductors a strong candidate for realizing future quantum information technology. Although semiconductor spintronics has begun to make progress, making it into real “electronics” requires a comprehensive and dynamic research and development program involving researchers from a broad spectrum of fields ranging from solid-state physics, crystal growth, magnetism, electrical and computer engineering, circuit design, and information science. Establishing links with researchers in other fields is becoming vitally important, and we invite you to join this exciting emerging field.

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

خرید ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد

خرید نسخه پاورپوینت این مقاله جهت ارائه