Выпуски

 / 

2019

 / 

Август

  

Обзоры актуальных проблем


Спинтроника полупроводниковых, металлических, диэлектрических и гибридных структур (к 100-летию Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН)

 а,  а,  а,  а,  а,  а,  а,  б, а,  б, а,  б, а,  б, а
а Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация
б Experimentelle Physik II, Universität Dortmund, Otto-Hahn-Straße 4, Dortmund, D-44227, Germany

Требования к миниатюризации, увеличению быстродействия и энергоэффективности электронных устройств привели к зарождению и бурному развитию спиновой электроники, или спинтроники. Рассмотрено несколько актуальных направлений экспериментальных и теоретических исследований, в которых активно участвует Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (ФТИ). Обсуждается достигнутый к настоящему времени прогресс в создании полупроводниковых и гибридных структур, проявляющих заданные магнитные свойства, в разработке методов манипуляции одиночными спинами, теоретическом описании переключения намагниченности металлических гетероструктур электрическим полем, а также в сверхбыстром управлении намагниченностью посредством воздействия на магнитную анизотропию фемтосекундными лазерными импульсами.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
English fulltext is available at IOP
Ключевые слова: спиновая поляризация, спиновый транспорт, ферромагнитный эффект близости, оптически детектируемый магнитный резонанс, лазерно-индуцированная сверхбыстрая динамика намагниченности, одиночные спины, спин-ориентационные переходы, магнитная анизотропия, разбавленные магнитные полупроводники, ферромагнетики, ферримагнетики
PACS: 75.30.Kz, 75.50.Bb, 75.50.Gg, 75.76.+j, 75.78.Jp, 76.70.Hb, 78.30.Fs, 78.55.Et, 85.75.−d (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2018.11.038486
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2019/8/d/
Цитата: Баранов П Г, Калашникова А М, Козуб В И, Коренев В Л, Кусраев Ю Г, Писарев Р В, Сапега В Ф, Акимов И А, Байер М, Щербаков А В, Яковлев Д Р "Спинтроника полупроводниковых, металлических, диэлектрических и гибридных структур (к 100-летию Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН)" УФН 189 849–880 (2019)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 7 сентября 2018, доработана: 19 сентября 2018, 22 ноября 2018

English citation: Baranov P G, Kalashnikova A M, Kozub V I, Korenev V L, Kusrayev Yu G, Pisarev R V, Sapega V F, Akimov I A, Bayer M, Scherbakov A V, Yakovlev D R “Spintronics of semiconductor, metallic, dielectric, and hybrid structures (100th anniversary of the Ioffe Institute)Phys. Usp. 62 795–822 (2019); DOI: 10.3367/UFNe.2018.11.038486

Список литературы (206) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (6) Похожие статьи (20)

  1. Žutić I et al Rev. Mod. Phys. 76 323 (2004)
  2. Кусраев Ю Г УФН 180 759 (2010); Kusrayev Yu G Phys. Usp. 53 725 (2010)
  3. Ивченко Е Л УФН 182 869 (2012); Ivchenko E L Phys. Usp. 55 809 (2012)
  4. Baibich M N et al Phys. Rev. Lett. 61 2472 (1988)
  5. Binasch G et al Phys. Rev. B 39 4828(R) (1989)
  6. Parkin S et al Proc. IEEE 91 661 (2003)
  7. Apalkov D et al Proc. IEEE 104 1796 (2016)
  8. Parkin S, Yang S-H Nature Nanotechnol. 10 195 (2015)
  9. Silva T, Rippard W J. Magn. Magn. Mater. 320 1260 (2008)
  10. Chumak A V et al Nature Phys. 11 453 (2015)
  11. Никитов С А и др УФН 185 1099 (2015); Nikitov S A et al Phys. Usp. 58 1002 (2015)
  12. Jungwirth T et al Nature Phys. 14 200 (2018)
  13. Jungfleisch M B, Zhang W, Hoffmanna A Phys. Lett. A 382 865 (2018)
  14. Пятаков А П, Звездин А К УФН 182 593 (2012); Pyatakov A P, Zvezdin A K Phys. Usp. 55 557 (2012)
  15. Пятаков А П и др УФН 185 1077 (2015); Pyatakov A P et al Phys. Usp. 58 981 (2015)
  16. Bauer G E W, Saitoh E, van Wees B J Nature Mater. 11 391 (2012)
  17. Kirilyuk A, Kimel A V, Rasing T Rev. Mod. Phys. 82 2731 (2010)
  18. Averyanov D V et al ACS Appl. Mater. Interfaces 7 6146 (2015)
  19. Furdyna J K J. Appl. Phys. 64 R29 (1988)
  20. Story T et al Phys. Rev. Lett. 56 777 (1986)
  21. Карлик И Я и др ФТТ 24 3550 (1982); Karlik I Ya et al Sov. Phys. Solid State 24 2022 (1982)
  22. Мастеров В Ф и др ФТП 17 1259 (1983); Masterov V F et al Sov. Phys. Semicond. 17 796 (1983)
  23. Schneider J et al Phys. Rev. Lett. 59 240 (1987)
  24. Аверкиев Н С и др ФТТ 30 765 (1988); Averkiev N S et al Sov. Phys. Solid State 30 438 (1988)
  25. Sapega V F, Ruf T, Cardona M Solid State Commun. 114 573 (2000)
  26. Sapega V F, Ruf T, Cardona M Phys. Status Solidi B 226 339 (2001)
  27. Munekata H et al Phys. Rev. Lett. 63 1849 (1989)
  28. Ohno H et al Phys. Rev. Lett. 68 2664 (1992)
  29. Ohno H et al Appl. Phys. Lett. 69 363 (1996)
  30. Hayashi T et al J. Cryst. Growth 175-176 1063 (1997)
  31. Van Esch A et al Phys. Rev. B 56 13103 (1997)
  32. Chen L et al Nano Lett. 11 2584 (2011)
  33. Ohno Y et al Nature 402 790 (1999)
  34. Chiba D et al Science 301 943 (2003)
  35. Ciorga M et al New J. Phys. 9 351 (2007)
  36. Ciorga M et al Phys. Rev. B 79 165321 (2009)
  37. Stolichnov I et al Nature Mater. 7 464 (2008)
  38. Korenev V L et al Nature Commun. 3 959 (2012)
  39. Vila L et al Phys. Rev. Lett. 98 027204 (2007)
  40. Endres B et al Nature Commun. 4 2068 (2013)
  41. Gorchon J et al Phys. Rev. Lett. 112 026601 (2014)
  42. Dietl T, Ohno H, Matsukura F Phys. Rev. B 63 195205 (2001)
  43. Dietl T et al Science 287 1019 (2000)
  44. Jungwirth T et al Phys. Rev. B 72 165204 (2005)
  45. Neumaier D et al Phys. Rev. Lett. 103 087203 (2009)
  46. Hirakawa K et al Phys. Rev. B 65 193312 (2002)
  47. Burch K S et al Phys. Rev. Lett. 97 087208 (2006)
  48. Sapega V F et al Phys. Rev. Lett. 94 137401 (2005)
  49. Ando K et al Phys. Rev. Lett. 100 067204 (2008)
  50. Rokhinson L P et al Phys. Rev. B 76 161201(R) (2007)
  51. Alberi K et al Phys. Rev. B 78 075201 (2008)
  52. Ohya S, Takata K, Tanaka M Nature Phys. 7 342 (2011)
  53. Akai H Phys. Rev. Lett. 81 3002 (1998)
  54. Haiml M et al Appl. Phys. Lett. 74 1269 (1999)
  55. Nemec H et al J. Appl. Phys. 90 1303 (2001)
  56. Sapega V F et al Phys. Rev. B 73 235208 (2006)
  57. Liu X, Furdina J K J. Phys. Condens. Matter 57 R245 (2006)
  58. Алексеев М А и др ФТП 23 761 (1989); Alekseev M A et al Sov. Phys. Semicond. 23 479 (1989)
  59. Sapega V F et al Phys. Rev. B
  60. Shen A et al J. Cryst. Growth. 175-176 1069 (1997)
  61. Welp U et al Phys. Rev. Lett. 90 167206 (2003)
  62. Sapega V F et al Solid State Commun. 157 34 (2013)
  63. Krainov I V et al Phys. Rev. B 93 235202 (2016)
  64. Kimel A V et al Phys. Rev. Lett. 92 237203 (2004)
  65. Mitsumori Y et al Phys. Rev. B 69 033203 (2004)
  66. Wang D M et al Phys. Rev. B 75 233308 (2007)
  67. Rubinstein M et al J. Magn. Magn. Mater. 250 164 (2002)
  68. Sinova J et al Phys. Rev. B 69 085209 (2004)
  69. Bombeck M et al Phys. Rev. B 85 195324 (2012)
  70. Krainov I V et al Phys. Rev. B 92 245201 (2015)
  71. Jungwirth T et al Rev. Mod. Phys. 78 809 (2006)
  72. Kittel C Phys. Rev. 115 1587 (1959)
  73. Захарченя Б П, Коренев В Л УФН 175 629 (2005); Zakharchenya B P, Korenev V L Phys. Usp. 48 603 (2005)
  74. Коренев В Л Письма в ЖЭТФ 78 1053 (2003); Korenev V L JETP Lett. 78 564 (2003)
  75. Джиоев Р И и др Письма в ЖЭТФ 60 650 (1994); Dzhioev R I et al JETP Lett. 60 661 (1994)
  76. Джиоев Р И, Захарченя Б П, Коренев В Л ФТТ 37 3510 (1995); Dzhioev R I, Zakharchenya B P, Korenev V L Phys. Solid State 37 1929 (1995)
  77. Korenev V L Solid State Commun. 102 13 (1997)
  78. Korenev V L Semicond. Sci. Technol. 23 114012 (2008)
  79. Myers R C, Gossard A C, Awschalom D D Phys. Rev. B 69 161305(R) (2004)
  80. Зайцев С В и др Письма в ЖЭТФ 90 730 (2009); Zaitsev S V et al JETP Lett. 90 658 (2010)
  81. Korenev V L et al Nature Phys. 12 85 (2016)
  82. Панков М А и др ЖЭТФ 136 346 (2009); Pankov M A et al JETP 109 293 (2009)
  83. Korenev V L et al Nature Commun. 3 959 (2012)
  84. Akimov I A et al Phys. Rev. B 96 184412 (2017)
  85. Ladd T D et al Nature 464 45 (2010)
  86. Elzerman J M et al Nature 430 431 (2004)
  87. Xiao M et al Nature 430 435 (2004)
  88. Rugar D et al Nature 430 329 (2004)
  89. Köhler J et al Nature 363 242 (1993)
  90. Wrachtrup J et al Nature 363 244 (1993)
  91. Gruber A et al Science 276 2012 (1997)
  92. Баранов П Г и др Письма в ЖЭТФ 82 494 (2005); Baranov P G et al JETP Lett. 82 441 (2005)
  93. Баранов П Г и др Письма в ЖЭТФ 86 231 (2007); Baranov P G et al JETP Lett. 86 202 (2007)
  94. Weber J R et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107 8513 (2010)
  95. Baranov P G et al Phys. Rev. B 83 125203 (2011)
  96. Riedel D et al Phys. Rev. Lett. 109 226402 (2012)
  97. Kraus H et al Sci. Rep. 4 5303 (2014)
  98. Kraus H et al Nature Phys. 10 157 (2014)
  99. Simin D et al Phys. Rev. X 6 031014 (2016)
  100. Widmann M et al Nature Mater. 14 164 (2015)
  101. Christle D J et al Nature Mater. 14 160 (2015)
  102. Baranov P G et al Magnetic Resonance of Semiconductors and Their Nanostructures: Basic and Advanced Applications (Springer Series in Materials Science) Vol. 253 (Vienna: Springer, 2017)
  103. Orrit M J. Chem. Phys. 117 10938 (2002)
  104. Santori C et al Phys. Rev. Lett. 97 247401 (2006)
  105. Buckley B B et al Science 330 1212 (2010)
  106. Togan E et al Nature 466 730 (2010)
  107. Anisimov A N et al Sci. Rep. 6 33301 (2016)
  108. Soltamov V A et al Phys. Rev. Lett. 115 247602 (2015)
  109. Anisimov A N et al Appl. Magn. Reson. 49 85 (2018)
  110. Солтамов В А, Баранов П Г УФН 186 678 (2016); Soltamov V A, Baranov P G Phys. Usp. 59 605 (2016)
  111. Mistry K et al 2007 IEEE Intern. Electron Devices Meeting, Washington, DC, 2007 p. 247
  112. Slonczewski J C J. Magn. Magn. Mater. 159 L1 (1996)
  113. Myers E B et al Science 285 867 (1999)
  114. Theeuwen S J C H et al Appl. Phys. Lett. 75 3677 (1999)
  115. Katine J A et al Phys. Rev. Lett. 84 3149 (2000)
  116. Waintal X et al Phys. Rev. B 62 12317 (2000)
  117. Zhang S, Levy P M, Fert A Phys. Rev. Lett. 88 236601 (2002)
  118. Stiles M D, Zangwill A Phys. Rev. B 66 014407 (2002)
  119. Slonczewski J C J. Magn. Magn. Mater. 247 324 (2002)
  120. Barnaś J et al Phys. Rev. B 72 024426 (2005)
  121. Tserkovnyak Y, Brataas A, Bauer E W Phys. Rev. Lett. 88 117601 (2002)
  122. Tserkovnyak Y, Brataas A, Bauer E W Phys. Rev. B 66 224403 (2002)
  123. Tserkovnyak Y, Brataas A, Bauer E W Phys. Rev. B 67 140404(R) (2003)
  124. Гуляев Ю В, Зильберман П Е, Эпштейн Э М УФН 178 433 (2008); Gulyaev Yu V, Zil'berman P E, Epshtein E M Phys. Usp. 51 409 (2008)
  125. Звездин А К, Звездин К А, Хвальковский А В УФН 178 436 (2008); Zvezdin A K, Zvezdin K A, Khval kovskii A V Phys. Usp. 51 412 (2008)
  126. Berger L Phys. Rev. B 54 9353 (1996)
  127. Kozub V I, Caro J Phys. Rev. B 76 224425 (2007)
  128. Gantsevich S V et al Phys. Status Solidi B 75 407 (1976)
  129. Schwabe N F, Elliott R J, Wingreen N S Phys. Rev. B 54 12953 (1996)
  130. You C-Y, Bader S D J. Magn. Magn. Mater. 195 488 (1999)
  131. Heide C, Elliott R J, Wingreen N S Phys. Rev. B 59 4287 (1999)
  132. Heide C, Eliott R J Europhys. Lett. 50 271 (2000)
  133. Kozub V I, Vinokur V Appl. Phys. Lett. 87 062507 (2005)
  134. Kittel Ch Quantum Theory of Solids (New York: Wiley, 1963)
  135. Kulik I O, Shekhter R I, Omelyanchouk A N Solid State Commun. 23 301 (1977)
  136. Baltensperger W, Helman J S Appl. Phys. Lett. 57 2954 (1990)
  137. Kozub V I, Galperin Y M, Vinokur V M J. Magn. Magn. Mater. 465 304 (2018)
  138. Stanciu C D et al Phys. Rev. Lett. 99 047601 (2007)
  139. Vahaplar K et al Phys. Rev. Lett. 103 117201 (2009)
  140. Ostler T A et al Nature Commun. 3 666 (2012)
  141. Khorsand A R et al Phys. Rev. Lett. 108 127205 (2012)
  142. Radu I et al Nature 472 205 (2011)
  143. Kalashnikova A M, Kozub V I Phys. Rev. B 93 054424 (2016)
  144. Yang Y et al Sci. Adv. 3 e1603117 (2017)
  145. Beaurepaire E et al Phys. Rev. Lett. 76 4250 (1996)
  146. Калашникова А М, Кимель А В, Писарев Р В УФН 185 1064 (2015); Kalashnikova A M, Kimel A V, Pisarev R V Phys. Usp. 58 969 (2015)
  147. Bossini D et al ACS Photon. 3 1385 (2016)
  148. Carva K, Baláž P, Radu I Handbook of Magnetic Materials Vol. 26 (Ed. E Brück) (Amsterdam: Elsevier, 2017) p. 291
  149. Linnik T L et al Phys. Scripta 92 054006 (2017)
  150. Nemec P et al Nature Phys. 14 229 (2018)
  151. Gerrits Th et al Nature 418 509 (2002)
  152. Vogel M et al Nature Phys. 11 487 (2015)
  153. Acremann Y et al Science 290 492 (2000)
  154. Carpene E et al Phys. Rev. B 81 060415(R) (2010)
  155. Carpene E et al J. Appl. Phys. 108 063919 (2010)
  156. Tesařová N et al Appl. Phys. Lett. 100 102403 (2012)
  157. van Kampen M et al Phys. Rev. Lett. 88 227201 (2002)
  158. Koopmans B et al Phys. Rev. Lett. 85 844 (2000)
  159. Koopmans B et al Nature Mater. 9 259 (2010)
  160. Mendil J et al Sci. Rep. 4 3980 (2014)
  161. Каганов М И и др ЖЭТФ 31 232 (1957); Kaganov M I et al Sov. Phys. JETP 4 173 (1957)
  162. Zener C Phys. Rev. 96 1335 (1954)
  163. Becker J et al Appl. Phys. Lett. 104 152412 (2014)
  164. Kimel A V et al Phys. Rev. Lett. 89 287401 (2002)
  165. Shelukhin L A et al Phys. Rev. B 97 014422 (2018)
  166. Kimel A V et al Nature 435 655 (2005)
  167. Hashimoto Y, Kobayashi S, Munekata H Phys. Rev. Lett. 100 067202 (2008)
  168. Matsuda T, Munekata H Phys. Rev. B 93 075202 (2016)
  169. Qi J et al Phys. Rev. B 79 085304 (2009)
  170. Белов К П и др УФН 119 447 (1976); Belov K P et al Sov. Phys. Usp. 19 574 (1976)
  171. Kimel A V et al Nature 429 850 (2004)
  172. Kimel A V et al Phys. Rev. B 74 060403(R) (2006)
  173. de Jong J A et al Phys. Rev. B 84 104421 (2011)
  174. de Jong J A et al J. Phys. Condens. Matter 29 164004 (2017)
  175. Scherbakov A V et al Phys. Rev. Lett. 105 117204 (2010)
  176. Thomsen C et al Phys. Rev. B 34 4129 (1986)
  177. Kim J-W, Vomir M, Bigot J-Y Phys. Rev. Lett. 109 166601 (2012)
  178. Deb M et al Phys. Rev. B 98 174407 (2018)
  179. Afanasiev D et al Phys. Rev. Lett. 112 147403 (2014)
  180. Janušonis J et al Sci. Rep. 6 29143 (2016)
  181. Kats V N et al Phys. Rev. B 93 214422 (2016)
  182. Reid A H et al Nature Commun. 9 388 (2018)
  183. Young E S K et al Phys. Rev. B 86 155207 (2012)
  184. Коваленко В Ф, Нагаев Э Л УФН 148 561 (1986); Kovalenko V F, Nagaev E L Sov. Phys. Usp. 29 297 (1986)
  185. Stupakiewicz A et al Phys. Rev. B 64 064405 (2001)
  186. Hansteen F et al Phys. Rev. Lett. 95 047402 (2005)
  187. Le J-L, Bažant Z P, Bazant M Z J. Phys. D 42 105003 (2009)
  188. Atoneche F et al Phys. Rev. B 81 214440 (2010)
  189. Stupakiewicz A et al Nature Commun. 10 612 (2019)
  190. Stupakiewicz A et al Nature 542 71 (2017)
  191. Kimel A V et al Nature Phys. 5 727 (2009)
  192. de Jong J A et al Phys. Rev. Lett. 108 157601 (2012)
  193. Le Guyader L et al Phys. Rev. B 87 054437 (2013)
  194. Afanasiev D et al Phys. Rev. Lett. 116 097401 (2016)
  195. Kalashnikova A M et al Phys. Rev. Lett. 99 167205 (2007)
  196. Afanasiev D, Zvezdin A K, Kimel A V Opt. Express 23 23978 (2015)
  197. Satoh T et al Nature Photon. 6 662 (2012)
  198. Au Y et al Phys. Rev. Lett. 110 097201 (2013)
  199. Kamimaki A et al Phys. Rev. B 96 014438 (2017)
  200. Yun S-J, Cho C-G, Choe S-B Appl. Phys. Exp. 8 063009 (2015)
  201. Hashimoto Y et al Nature Commun. 8 15859 (2017)
  202. Hashimoto Y et al Phys. Rev. B 97 140404(R) (2018)
  203. Tserkovnyak Y et al Rev. Mod. Phys. 77 1375 (2005)
  204. Danilov A P et al Phys. Rev. B 98 060406(R) (2018)
  205. Jäger J V et al Phys. Rev. B 92 020404(R) (2015)
  206. Salasyuk A S et al Phys. Rev. B 97 060404(R) (2018)

© Успехи физических наук, 1918–2022
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение