自旋轉移矩

自旋轉移矩（英語：Spin-transfer torque, 縮寫為STT）是一種利用自旋極化電流來改變磁性隧道結或自旋閥中磁性層取向的效應。

A simple model of spin-transfer torque for two anti-aligned layers. Current flowing out of the fixed layer is spin-polarized. When it reaches the free layer the majority spins relax into lower-energy states of opposite spin, applying a torque to the free layer in the process.

自旋閥\自旋磁場隧道結如圖所示：其中自旋閥中的空間層（紫色部分）是金屬的，而自旋隧道結中的空間層是絕緣的。

載流子（如電子）具有自旋，即載流子因自身性質而具有的一定角動量。當載流子形成電流時，宏觀而言電流通常是非極化的（由50%自旋向上和50%自旋向下的電子組成），而自旋極化電流是指電流中出現較多自旋向上的電子或者自旋向下的電子，打破了原來的平衡。將電流通過厚磁層（通常稱為「固定層」），就可以產生自旋極化電流。如果自旋極化電流直接進入第二層更薄的磁場層（「自由層」），角動量就被轉移到這一層，改變了角動量的方向。這可以用來激發振盪和翻轉磁鐵的取向。這種效應通常僅發生在納米尺度的器件中。

自旋轉移矩存儲器

自旋轉移矩效應可用於翻轉磁阻式隨機存取記憶體中的有源元件。自旋轉移矩磁阻式隨機存取記憶體（STT-RAM或STT-MRAM）是一種非易失性存儲器，與SRAM和DRAM等基於電荷的存儲器相比，其漏電功耗接近於零，這是它的主要優點。與傳統的用磁場來翻轉載流子的磁阻式隨機存取記憶體（MRAM）相比，STT-RAM還具有功耗低、可擴展性好等優點。自旋轉移矩效應有很大的潛力，使MRAM器件不僅能夠降低電流要求，還能夠降低成本。然而，對大多數產品來說，讓磁化重新取向所需的電流目前太高了，並且如何降低電流密度是目前自旋電子學研究的基礎。^[1][2][3]

參見

• 磁阻式隨機存取記憶體
• 自旋
• 憶阻器
• 自旋電子學

參考文獻

1. "A Survey of Spintronic Architectures for Processing-in-Memory and Neural Networks （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）", JSA, 2018
2. Bhatti, Sabpreet; Sbiaa, Rachid; Hirohata, Atsufumi; Ohno, Hideo; Fukami, Shunsuke; Piramanayagam, S.N. Spintronics based random access memory: A review. Materials Today. 2017, 20 (9): 530. doi:10.1016/j.mattod.2017.07.007.
3. Ralph, D. C.; Stiles, M. D. Spin transfer torques. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. April 2008, 320 (7): 1190–1216 [2009-05-22]. Bibcode:2008JMMM..320.1190R. ISSN 0304-8853. arXiv:0711.4608 . doi:10.1016/j.jmmm.2007.12.019.

外部連結

• Spin torque applet
• J.C. Slonczewski:"Current-driven excitation of magnetic multilayers(1996)", Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume 159, Issues 1-2, June 1996, Pages L1-L7 [1]