En spin-ventil eller spin-ventil er en enhed bestående af to eller flere ledende magnetiske materialer, hvis elektriske modstand kan variere mellem to værdier afhængigt af den relative justering af magnetiseringen i lagene. Ændringen i modstand med en ændring i magnetiseringen af lagene i en sådan lodret struktur er resultatet af den gigantiske magnetoresistenseffekt . Enhedens magnetiske lag justeres "op" eller "ned" afhængigt af retningen af det eksterne magnetfelt . I det enkleste tilfælde består en spin-ventil af et ikke-magnetisk materiale, der er klemt mellem to ferromagneter , hvoraf den ene er et lag fikseret ( fikseret ) på en antiferromagnet , som virker til at hæve dens magnetiske koercitivitet og opfører sig som et "hårdt" lag, mens det andet ferromagnetiske lag er frit og opfører sig som et "blødt" lag. På grund af forskellen i koercivitet ændrer det bløde lag polaritet ved mindre ændringer i magnetfeltet end det hårde lag. Når et magnetisk felt med den passende styrke påføres, kan det bløde lag skifte polaritet i to forskellige tilstande: parallel, lav modstandstilstand og antiparallel, høj modstandstilstand.
Spin ventiler er afhængige af en kvanteegenskab af elektroner kaldet spin . På grund af opsplitning af elektrontætheden af tilstande på Fermi-niveau observeres ren spinpolarisering i ferromagneter. En elektrisk strøm, der går gennem en ferromagnet, bærer derfor både en ladning og en spin-komponent. Til sammenligning har et almindeligt metal lige mange spin op og spin ned elektroner, så i en ligevægtssituation understøtter sådanne materialer nul spin ladningsstrøm. Men når en strøm føres fra en ferromagnet til et normalt metal, overføres spindet også. Et almindeligt metal kan således overføre spin mellem individuelle ferromagneter, forudsat at der er tilstrækkelig længde af spindiffusion.
Spinoverførsel afhænger af justeringen af magnetiske momenter i ferromagneter. Hvis en strøm løber ind i en ferromagnet med hovedspin "op", for eksempel, vil elektroner med spin op passere relativt uhindret gennem grænsefladen, og elektroner med spin "ned" vil blive reflekteret eller med et spin flip ved grænsefladen af ferromagneten, at falde i en ufyldt tilstand. Så hvis både det faste og det frie lag er polariseret i samme retning, har enheden en relativt lav elektrisk modstand, og hvis polariteten af det frie lag ændres under påvirkning af et magnetfelt, så har enheden en øget modstand pga. til den ekstra energi, der kræves for at sprede spindet til den anden tilstand.
Et lag af antiferromagnetisk materiale er nødvendigt for at fiksere et af de ferromagnetiske lag (det vil sige at gøre det fast eller magnetisk hårdt). Dette er resultatet af en stor negativ udvekslingsinteraktion mellem ferromagneten og antiferromagneten i kontaktområdet.
Et ikke-magnetisk lag er nødvendigt for at afkoble to ferromagnetiske lag[ hvad? ] , således at mindst én af dem forbliver fri (magnetisk blød).
Det grundlæggende funktionsprincip for en pseudo-spin-ventil er identisk med en konventionel spin-ventil[ hvad? ] , men i stedet for at ændre den magnetiske tvangskraft af forskellige ferromagnetiske lag ved at fiksere det ene med et antiferromagnetisk lag, laves to lag af forskellige ferromagneter med forskellig koercitivitet, for eksempel FeNi og Co. Bemærk, at tvangsevne hovedsageligt er en ydre egenskab ved materialet og derfor bestemmes af forarbejdningsforholdene.
Spin - ventiler bruges i magnetiske pickupper og harddisklæsehoveder . [1] De bruges også i magnetisk random access memory ( MRAM ).