内容紹介
本書はTomasz Blachowicz とAndrea Ehrmann によって書かれた「Spintronics :Theory, Modelling, Devices」(De Gruyter (2019)) の訳書である.題名にもなっているSpintronics(スピントロニクス)は,電子の電荷自由度に加えてスピン自由度を積極的に利用することで,これまでにないエレクトロニクス機能の開発を目指す研究分野である.スピントロニクスの理論的な基礎から,実験研究の現状,そしてデバイス応用まで多岐に渡る話題に触れられている.量子力学の基本的な事柄から最先端の話題まで段階的に説明されており,スピントロニクス分野を学びたい学部上級生から大学院生,そして研究機関や企業の研究者にとって最適な教科書である.さらに,扱う内容が多岐に渡ることから,スピントロニクスを専門としている研究者が読んでも,新しい発見があると思う.(東京大学准教授 塩見雄毅)
目次
第1章 イントロダクション
1.1 スピンとは何か？
1.2 単一スピンの演算
1.3 現実の物質のスピン
1.4 強磁性原子における3d 電子
1.5 位相空間における電子: 状態密度
1.6 電子スピンの表現の量子力学的見方: 第二量子化
1.7 スピン輸送とランダムウォーク
1.8 磁化とマイクロマグネティズム
第2章 スピントロニクス構造における物理現象
2.1 古典的な双極子相互作用と量子的な交換相互作用
2.2 二重交換相互作用
2.3 RKKY 相互作用
2.4 低次元物体における異方性効果の例
2.5 低次元の磁気システムにおける磁化ダイナミクス
第3章 磁化ダイナミクス研究におけるマイクロマグネティック方程式
3.1 強いスピン-軌道相互作用をもつ物質の磁化ダイナミクス:Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用
3.2 スキルミオン
3.3 有限温度での磁化ダイナミクス
第4章 磁化ダイナミクスの検出
第5章 多層構造における接触効果
5.1 境界条件と磁気的な界面効果
5.2 強磁性-反強磁性接合: EB および90結合
5.3 超伝導体-常伝導体接合: アンドレーフ反射
第6章 スピントロニクス構造における輸送現象
6.1 スピンの拡散とドリフト
6.2 トンネル効果
6.3 クーロンブロッケード
6.4 近藤効果
6.5 キャリアの反射と散乱
6.6 スピン注入とスピン蓄積
6.7 スピントランスファートルク
第7章 スピントロニクスデバイス
7.1 スピントロニクス素子における電子的パラメータ
7.2 スピンバルブ
7.3 磁気トンネル接合
7.4 磁気ダイオード
7.5 磁気電界発光ダイオード
7.6 単電子トランジスタ
7.7 バイポーラ磁気トランジスタ
7.8 磁気NOT 論理ゲート
7.9 その他の磁気論理ゲートとデバイス
7.10 磁気テープストレージシステムからハードディスクの読み取り／書き込みヘッドまで
7.11 磁気メモリセル: MRAM
7.12 フォンノイマンアーキテクチャを超えて-ニューロモルフィックコンピューティング
7.13 CMOS 互換のスピントロニクスとハイブリッドソリューション
7.14 量子干渉計，アハラノフ=ボーム効果，およびファノ効果
7.15 磁気マーカーとバイオチップ
第8章 外的要因や物理的な場がスピントロニクス素子動作に与える影響
8.1 温度効果に支援された素子のスイッチング
8.2 スピンカロリトロニクス
8.3 圧力
8.4 歪み
8.5 電場
8.6 光
8.7 電流とスピントロニクスデバイスのスイッチング
第9章 実用的なスピントロニクス材料
9.1 金属とハーフメタル
9.2 希薄磁性半導体
9.3 マルチフェロイクス
9.4 反強磁性体
9.5 有機スピントロニクス
9.6 多層系における他の物質
参考文献