Четверг, 2026-02-26, 04:28
.
Главная сайта Форум Регистрация Вход
 
Внимание! На форуме существуют ограничения по группам пользователей! Подробности читайте по ссылке - Правила
Уважаемые гости! На данный момент писать на форуме у вас нет возможности. Если хотите что-то сказать - зарегистрируйтесь.
[Рисовать · Личные сообщения · Новые сообщения · Участники · Правила форума · Поиск · RSS ]
  • Страница 1 из 2
  • 1
  • 2
  • »
Спинтроника
НиkолайДата: Пятница, 2009-04-03, 12:40 | Сообщение # 1
Синяя гусеница
Группа: Алисоведы
Сообщений: 574
Награды: 0
Статус: В реале
Спинтроника

Термин "спинтроника" произошел от англоязычного выражения "spin electronics" ("спиновая электроника"; иногда её называют и "магнитоэлектроникой"). Спинтроника - область науки, изучающая взаимодействие собственных магнитных моментов электронов (спинов) с электромагнитными полями и разрабатывающая на основе обнаруженных явлений и эффектов спинэлектронные приборы и устройства. Но не будем спешить и последовательно рассмотрим фундаментальные аспекты темы.
Начнем с понятия спина. В теории магнетизма считается, что электрон обладает квантовым свойством - спином, из-за чего он ведет себя подобно стрелке компаса, вращающейся вокруг своей оси и соединяющей его (электрона) южный и северный полюса. Спины электронов могут быть ориентированы в направлениях, которые обычно называют "спин-вверх" (мажорные спины) и "спин-вниз" (минорные спины).

Если поместить электроны в магнитное поле, то их спины выстроятся вдоль направления поля. При этом они будут прецессировать (определенным образом вращаться) вокруг силовых линий - это явление можно сравнить с орбитальной прецессией нашей планеты.


Если выключить поле, прецессия спина прекращается и его ориентация фиксируется. Другими словами, используя эффект прецессии, можно менять спиновое состояние электрона и тем самым изменять бит информации, переносимый электроном, с логического "0" на "1" и обратно.
Отметим, что впервые в мире спин отдельного электрона "рассмотрели" ученые IBM Research Division (США), и произошло это всего год назад. Для столь прецизионной задачи они использовали так называемую магнитную резонансную силовую микроскопию (magnetic resonance force microscopy, MRFM). Но интерес исследователей к спиновой электронике возник гораздо раньше, в 1988 году, в связи с открытием Бэйбичем (M. N. Baibich ) эффекта гигантского магнитосопротивления в многослойных (количество слоев менялось от 3 до 50) магнитных наноструктурах Fe/Cr, суммарная толщина которых составляла около 100 нм. Было обнаружено, что сопротивление многослойной структуры Fe/Cr, в смежных магнитных слоях которой в отсутствие поля векторы намагниченности выстроены антипараллельно, уменьшается более чем на 50% под воздействием внешнего магнитного поля. Так как уменьшение сопротивления было столь велико, ученые назвали этот эффект гигантским магнитосопротивлением (ГМС) (такое аномальное поведение сопротивления обусловлено различиями в поведении электронов "спин-вверх" и "спин-вниз" в указанных наноструктурах). Открытие ГМС позволило создать высокоточные сенсоры магнитного поля, датчики углового вращения и, самое главное, считывающие головки жестких дисков. Первые считывающие ГМС-головки были выпущены в 1997 году компанией IBM и в настоящее время используются практически во всех жестких дисках.
В чем состоит миссия спинтроники? Дело в том, что кремниевые процессоры в ближайшие десять-пятнадцать лет достигнут предела своих возможностей, поэтому именно сейчас необходимо искать иные физические принципы, на которых будут построены быстродействующие устройства с низкими энергопотреблением и тепловыделением. В спинтронных устройствах переворот спина практически не требует затрат энергии, а в промежутках между операциями устройство отключается от источника питания. Если изменить направление спина, то кинетическая энергия электрона не изменится. Это означает, что тепла почти не выделяется. Скорость изменения положения спина очень высока. Эксперименты показали, что переворот спина осуществляется за несколько пикосекунд (триллионных долей секунды).

Сообщение отредактировал Ниkолай - Пятница, 2009-04-03, 12:41
 
НиkолайДата: Пятница, 2009-04-03, 12:44 | Сообщение # 2
Синяя гусеница
Группа: Алисоведы
Сообщений: 574
Награды: 0
Статус: В реале
Эту тему я открыл для Вари.

Раз у электрона два вращательных состояния то почему бы не обозначить
одно состояние 0 а другое 1
то что нужно для компьютера smile

 
ЛягушьДата: Пятница, 2009-04-03, 18:36 | Сообщение # 3
Льюис Кэрролл
Группа: Алисоведы
Сообщений: 6442
Награды: 1
Статус: В реале
Для меня электрон всегда вращался. Даже когда я не понимала, да и сейчас не понимаю, вокруг чего. Это было некой условностью, существующей отдельно от объекта. Тетраэдральная форма четырёх электронных облаков в атоме углерода отдельно, а вращение в пределах одного облака - отдельно. И абсолютно не имеет значения, что электрон неделим, то есть не имеет составных частей. Просто надо иногда представить себе "окружность в 350 градусов". Всё, что имеет объём и хоть что-нибудь, близкое к геометрии и размеру, может вращаться. А всё имеющее массу, обладает и чем-то наподобии инерции.

Но как ориентировано это вращение, какова его частота... это всё вопросы, которые задавать не надо. Как не надо задумываться о механике дыхания, чтобы не задохнуться. Потому что иначе... электрон упадёт на ядро, грубо говоря. Ведь вращение электрона, это по сути есть некая модель, с помощью которой можно описать его взаимодействие вот хоть с теми же магнитными полями. Поэтому абсолютно безразлично, говорим ли мы о вращении электрона, как о физическом явлении, или просто приписываем ему некое свойство и называем его вращательным моментом - это абсолютно без разницы. Это всё фигуры речи, которыми описывается мера взаимодействия.

Что такое 0 и 1 я знаю. smile

 
ФауфабаофДата: Пятница, 2009-04-03, 20:28 | Сообщение # 4
Териоморф
Группа: Алисоведы
Сообщений: 5148
Награды: 1
Статус: В реале
Quote (Лягушь)
Тетраэдральная форма четырёх электронных облаков в атоме углерода

Молодец! Садись. Два. (с) biggrin
Чего-чего там тетраэдральное (хотя бы и тетраэдрическое)? Петровича на Вас нет. Зато я есть. Когда упоминаете "атом углерода" упоминайте, пожалуйста, где этот атом углерода, какой он. Уж во всяком случае - держите это в уме, в чем я, грешным делом, сомневаюсь (не в уме, а в том что в данном случае что-то в нем держалось).
Собственно, высказанное выше
Quote (Лягушь)
Тетраэдральная форма четырёх электронных облаков в атоме углерода

нуждается в дополнении: атоме углерода ... кристаллической решетки алмаза. Тогда - плюс с минусом - действительно можно вспоминать пакеты молока советской эпохи как первое приближение к форме электронных "облаков".
Если речь идет о кристаллической решетке графита - это будет что-то вроде бутерброда с колбасой, а для карбина ( о кристаллах тут говорить уж как-то неловко) - мини-эклер. biggrin И все это углерод - чистый-чистый. Если же имеется ввиду одиночный атом. Шарик он и есть - шарик.


" Nur um der Hoffnungslosen willen ist uns die Hoffnung gegeben "
 
ЛягушьДата: Пятница, 2009-04-03, 20:44 | Сообщение # 5
Льюис Кэрролл
Группа: Алисоведы
Сообщений: 6442
Награды: 1
Статус: В реале
Конгениально!
Я должна была ещё написать, в какой именно кристаллической решетке чистого углерода электронные облака имеют форму молочного пакета! Фау, имейте совесть, я же не шестиклассникам урок читаю. Сколько р-электронов участвуют в гибридизации, то и получим. Кстати, тетраэдрообразная форма атома наиболее часто встречается в соединениях углерода, в том же метане, например.
 
ФауфабаофДата: Пятница, 2009-04-03, 20:55 | Сообщение # 6
Териоморф
Группа: Алисоведы
Сообщений: 5148
Награды: 1
Статус: В реале
Можно и не указывать. Но для атома углерода - такое (про тетраэдр) утверждение неверно. И вовсе даже неважно, что такой атом - и не сыскать. wink
Наиболее часто - в органических соединениях углерода (включая, метан, естественно). В карбонатах (мел и т.д.) - это уже не так.


" Nur um der Hoffnungslosen willen ist uns die Hoffnung gegeben "
 
ЛягушьДата: Пятница, 2009-04-03, 21:07 | Сообщение # 7
Льюис Кэрролл
Группа: Алисоведы
Сообщений: 6442
Награды: 1
Статус: В реале
Ну и для чего мы сюда полезли? Для органических соединений характерна как sp3, так и sp2 (диагональная) гибридизация электронных облаков. И это даже если не рассматривать отдельно бензольных колец с их полуторными связями, где тетраэдры "теряются", выворачиваясь в одну плоскость.

Фау, Вы хотите зачем-то урыть меня перед Николаем? Зачем?
Человек ухаживает за мной, а Вы... biggrin

 
ФауфабаофДата: Пятница, 2009-04-03, 21:24 | Сообщение # 8
Териоморф
Группа: Алисоведы
Сообщений: 5148
Награды: 1
Статус: В реале
гы-гы-гы.
Молчу-молчу.
Разве только, что sp2 гибридизация практически и реализуется у атома углерода в бензольном кольце, "искривляясь" тем, что связи углерод-углерод и углерод-водород все же неравноценны. А "полуторность" связей вне плоскости кольца как раз обеспечивает равноценность двух углерод-углеродных связей в плоскости кольца, которые в ином случае еще более уводили бы систему от "идеальной" sp2 гибридизации.
....
biggrin biggrin biggrin


" Nur um der Hoffnungslosen willen ist uns die Hoffnung gegeben "
 
ЛягушьДата: Пятница, 2009-04-03, 21:43 | Сообщение # 9
Льюис Кэрролл
Группа: Алисоведы
Сообщений: 6442
Награды: 1
Статус: В реале
Не, меня в школе учили, что в бензольном кольце гибридизация электронных облаков затрагивает целиком всё кольцо, и облака объединяются двумя... торами что ли выше и ниже плоскости кольца. Но это, конечно, тоже умозрительная модель. Но всё же я бы не стала говорить об sp2-гибридизации, когда речь идёт об этих странных полуторных связях. Это уже что-то другое.
 
ФомичДата: Суббота, 2009-04-04, 02:50 | Сообщение # 10
Льюис Кэрролл
Группа: Алисоведы
Сообщений: 2612
Награды: 0
Статус: В реале
Ни разу ни одного электрона в жизни не видел.

Какого он хоть цвета?

 
НиkолайДата: Суббота, 2009-04-04, 15:51 | Сообщение # 11
Синяя гусеница
Группа: Алисоведы
Сообщений: 574
Награды: 0
Статус: В реале
Варя…вот ты сказала электрон всегда вращался…и была вовлечена smile в орбитальное вращение вокруг центра притяжения (положительно заряженной части атома)…это следует из твоего дальнейшего текста….
Ну собственное вращение электрона имеет место но и без всяких центров притяжения и без всяких радиусов…

А вот точные твои слова:
Ведь вращение электрона, это по сути есть некая модель, с помощью которой можно описать его взаимодействие вот хоть с теми же магнитными полями.

И в подтверждение твоих слов …
Вот такая цепочка из представлений об Электромагнетизме как целостном явлении
1)Есть электрический заряд и он будет взаимодействовать с другим зарядом
–Электростатика =Электрическое поле воздействует на заряд
2)Движется заряд и этот заряд будет взаимодействовать с другим движущимся зарядом
-Магнитное взаимодействие =Магнитное поле действует на движущийся заряд или на вращающийся заряд (два вида движения различны)
3) Ускоренный электрический заряд будет излучать ЭМ волны и в результате в том месте
куда достигнет волна будет воздействие на заряд (в результате этот заряд испытает ускорение)
-Электромагнитное взаимодействие

Собственно мы о поведении заряда судим по дистанционным наблюдениям.

Так вот выяснилось что сам электрон ведёт себя как элементарный магнитик по этому поводу
и всю Спинтронику затеяли.

В какой то мере некую дыру в понимании заполним ЭМ рассуждениями:
Магнитик (а это измеряемое свойство электрически заряженного электрона) однозначно создаётся движением электрического заряда причём ВРАЩЕНИЕМ.

Ну раз тяга к орбитальному движению столь велика, то вопрос к Фау smile
Что есть причина для спаривания электронов при образовании химических соединений?

 
ФауфабаофДата: Воскресенье, 2009-04-05, 22:09 | Сообщение # 12
Териоморф
Группа: Алисоведы
Сообщений: 5148
Награды: 1
Статус: В реале
Спаривания электронов на одной молекулярной орбитали? - так, по-видимому должен был звучать вопрос.
О причинах я не смею даже догадываться smile А объяснение дается вроде бы такое (на память), что два электрона с разными спинами пробегая по траектории, огибающей два ядра обеспечивают больший выигрыш в энергии, чем каждый из них в одиночку бегающий вокруг своего ядра. Как-то так.


" Nur um der Hoffnungslosen willen ist uns die Hoffnung gegeben "
 
НиkолайДата: Понедельник, 2009-04-06, 08:19 | Сообщение # 13
Синяя гусеница
Группа: Алисоведы
Сообщений: 574
Награды: 0
Статус: В реале
Про магнетизм вещества…из-за того что электроны норовят спариваться
надо бы повнимательней поискать магнитные вещества.
из Фейнмана:

“Предположим, имеется вещество, в состав которого имеются атомы, обладающие постоянным магнитным моментом, например, кристаллы медного купороса. В этих кристаллах содержится ионы меди, у которых электроны на внутренних оболочках имеют суммарный момент импульса и магнитный момент, не равный нулю. Таким образом, ионы меди будут источником постоянного магнитного момента молекул купороса.”

“Любой атом, у которого число электронов нечётно, подобно Натрию, например, будет иметь магнитный момент. На незаполненной оболочке натрия имеется один электрон. Этот электрон и определяет спин и магнитный момент атома. Однако обычно при образовании соединения этот дополнительный электрон на внешней оболочке спаривается с другим электроном, направлении спина которого в точности противоположно, так что все моменты валентных электронов в точности компенсируют друг друга. Вот почему молекулы, вообще говоря, не обладают магнитным моментом. ”

“А так же если у вас есть то, что в химии называется “свободный радикал, т.е. объект с нечётным числом валентных электронов, то связи оказываются неполностью насыщенными и появляется ненулевой момент импульса.”
“У подавляющего большенства материалов полный магнитный момент появляется только тогда, когда там присутствуют атомы с незаполненной внутренней электронной оболочкой . Благодаря этому они могут иметь суммарный момент импульса и магнитный момент. Такие атомы принадлежат к “переходным элементам” периодической таблицы Менделеева, например: хром, марганец, железо, никель, кобальт, палладий и платина. Кроме того, все редкоземельные элементы имеют незаполненую внутреннюю оболочку, а следовательно, и постоянные магнитные моменты. ”

Эти цитаты очень понятны потому что рассматриваемый предмет есть сами физические величины: момент импульса, магнитный момент и спин.
В то же время как они складываются и тем самым какой будет результирующий магнитный момент, определяющий магнитные свойства определяется из чего состоит вещество: решётка из ионов, атомы с нечётным числом электронов, атомы с незаполненной внутренней электронной оболочкой.

Сообщение отредактировал Ниkолай - Понедельник, 2009-04-06, 12:04
 
НиkолайДата: Понедельник, 2009-04-06, 08:33 | Сообщение # 14
Синяя гусеница
Группа: Алисоведы
Сообщений: 574
Награды: 0
Статус: В реале
Quote (Фауфабаоф)
А объяснение дается вроде бы такое (на память), что два электрона с разными спинами пробегая по траектории, огибающей два ядра обеспечивают больший выигрыш в энергии, чем каждый из них в одиночку бегающий вокруг своего ядра. Как-то так.

Ну да энергетические соображения имеют место быть, только слова "выигрыш в энергии"
как то неуместно звучат....выигрыш - приобретение , а тут прочность связи обеспечивается глубиной потенциальной ямы, лучше бы не иметь лишней энергии...компенсация спинов электронов и не даёт
магнитного момента и Магнитное поле не будет беспокоить пару smile

Но не это главное Энергия не всё диктует и как раз это чисто квантовая причина объясняет такое предпочтительное спаривание....
Собственно конкуренция распределения в оболочках по минимуму энергии и по некому жёсткому принципу приводит к тому что у переходных и редкоземельных элементов порядок заполнения оболочек несколько запутывается...у Железа на одной из внутренних оболочек имеется четыре неспаренных электрона вот эти то электроны и обеспечивают ферромагнитизм!

Сообщение отредактировал Ниkолай - Понедельник, 2009-04-06, 09:19
 
ФауфабаофДата: Понедельник, 2009-04-06, 10:00 | Сообщение # 15
Териоморф
Группа: Алисоведы
Сообщений: 5148
Награды: 1
Статус: В реале
Quote (Ниkолай)
Что есть причина для спаривания электронов при образовании химических соединений?

был вопрос. Отсюда и "выигрыш". Естествено речь шла о выигрыше связанного (т.е. химически соединенного) состояния по сравнению с одиночным. Энергия - энергия = выигрышу (в энергии). Поскольку абсолютные значения энергий вопрос слишком тяжелый для химиков, они как правило оперируют понятием их разности
Тогда как
Quote (Ниkолай)
прочность связи обеспечивается глубиной потенциальной ямы

объясняет устойчивость соединения. Но не объясняет от чего считать эту глубину. От уровня Балтийского моря или еще как biggrin

P.S. И, кстати, все - одиночные, или как-либо по другому соединенные варианты расположения тех же составных частей химического соединения - каждый будут располагаться в своей потенциальной яме. Для простоты, можно считать, что "самая глубокая" яма - наиболее "устойчивое" состояние. На самом же деле "глубина" ямы говорит лишь о возможности реализации такого варианта соединения. И это еще не все smile Размышлениями и даже расчетами над вариантами организации электронных оболочек мы мало чего добъемся, поскольку всегда будет важна суммарная потенциальная энергия СИСТЕМЫ, что отражается в учете, скажем, энтропийного фактора для изобарно-изотермического потенциала.


" Nur um der Hoffnungslosen willen ist uns die Hoffnung gegeben "
 
НиkолайДата: Понедельник, 2009-04-06, 11:11 | Сообщение # 16
Синяя гусеница
Группа: Алисоведы
Сообщений: 574
Награды: 0
Статус: В реале
Quote (Фауфабаоф)
объясняет устойчивость соединения. Но не объясняет от чего считать эту глубину. От уровня Балтийского моря или еще как

Ну тут нет загадок от чего считать...яма значит вниз от "Нуля" А нуль ещё более понятно
это когда нет энергии взаимодействия - чистый нуль smile А связанное состояние значит на дне ямы и чтобы отвязаться друг от друга надо получить извне Энергию

Но разговор об Энергии это увод от главной причины...
Я ж сказал Энергия важна, но не исчерпывает всю ситуацию.

 
ФауфабаофДата: Понедельник, 2009-04-06, 12:51 | Сообщение # 17
Териоморф
Группа: Алисоведы
Сообщений: 5148
Награды: 1
Статус: В реале
Если под "главной причиной" подразумевать то, что представление о собственном магнитном моменте электрона, требующее (согласно наблюдениям за другими классами объектов) наличия "вращения" объясняет (позволяет смоделировать) наблюдаемые химические свойства - тогда, конечно.
А "нуль" энергии - это шутка юмора такая? Я даром что ли ординар балтийский припоминал? Если вдруг мы предположим что "нуль" энергии у "чистых" веществ (т.е. состоящих из атомов только одного вида) - так все равно должны будем постулировать, при какой температуре, давлении и т.п. этот "нуль" мы нашли. Что это были за чистые вещества и т.д. и т.п. Так что - вопрос был про химическую связь - ответ был про нее же. Энергии определяют все. (если мы придерживае6мся мнения, что законы термодинамики - верны) К сожалению, далеко не всегда значения энергий (или хотя бы разности от "нуля") могут быть рассчитаны, а во множестве случаев термодинамические характеристики реальных систем не определены и экспериментально.
Но как-то живем.


" Nur um der Hoffnungslosen willen ist uns die Hoffnung gegeben "
 
ФауфабаофДата: Понедельник, 2009-04-06, 13:10 | Сообщение # 18
Териоморф
Группа: Алисоведы
Сообщений: 5148
Награды: 1
Статус: В реале
Quote (Ниkолай)
А связанное состояние значит на дне ямы и чтобы отвязаться друг от друга надо получить извне Энергию

Отдельно хочу посветить комментарий этому бреду.
Интересно какую энергию тут собираются подводить?
Потенциальную?
Если так, то , как правило, такой энергетический заряд оборачивается отнюдь не разрушением связи, а возвращением в потенциальную яму связанного состояния и обратным отведением энергии вовне
Кинетическую?
В некоторых (редких) случаях кинетическая энергия подведенная в систему извне может поменять местами энергетические уровни связанного и несвязанного состояния (за счет неравномерности преобразования кинетической энергии в потенциальную, вклада энтропийной составляющей). В других же случаях - никак не изменит судьбы связанного и несвязанного состояний. Для того чтобы "развязаться" частям связанной системы потребуется нечто большее, чем энергетическая подкачка.


" Nur um der Hoffnungslosen willen ist uns die Hoffnung gegeben "
 
НиkолайДата: Понедельник, 2009-04-06, 14:01 | Сообщение # 19
Синяя гусеница
Группа: Алисоведы
Сообщений: 574
Награды: 0
Статус: В реале
Тема СПИН (Спинтроника)
Актуальной задачей стало как управлять двумя вращательными состояниями электрона
как переключать +1/2 на -1/2 естественно для прикладных целей создания памяти, компьютерных систем.....
Поэтому первое обстаятельство на которое следует обратить внимание это спаривание электронов
и вследствии этого взаимная компенсация магнитного момента у пары.

И мой вопрос был связан как понимать такую тягу к этому.
Ответ пара электронов будет иметь минимум энергии если они оба будут
совершать одинаковые орбитальные движения но вследствии принципа Паули иметь противоположную
ориентацию спинов....т.е. у одного +1/2 у другого -1/2 а иметь ещё какие-то другие вращательные состояния у электрона возможности в принципе НЕТ.

В такой формулировке есть место и минимуму энергии и фундаментальному принципу Паули.

Поэтому имеет смысл говорить как понимать это квантовое правило этот принцип.
Поэтому Фау если поделишься своими соображениями про принцип Паули было бы интересно.

 
ЛягушьДата: Понедельник, 2009-04-06, 14:37 | Сообщение # 20
Льюис Кэрролл
Группа: Алисоведы
Сообщений: 6442
Награды: 1
Статус: В реале
Quote (Ниkолай)
орбитальные движения

Так где у них орбита?

Вот, Николай, как Вы увязываете внутри себя существование орбит, как... траекторий электронов и гибридизацию электронных облаков разных орбит... Или орбиты и участие электронов в химических связях...

Я об этом как бы спросила, но Фау замылил вопрос.

Quote (Фауфабаоф)
два электрона с разными спинами пробегая по траектории, огибающей два ядра обеспечивают больший выигрыш в энергии, чем каждый из них в одиночку бегающий вокруг своего ядра. Как-то так

Как же какие-то гантелеобразные облака могут "пробегать", огибая ядра?
 
  • Страница 1 из 2
  • 1
  • 2
  • »
Поиск:

Администратор Модератор Пользователь Проверенный Алисовед Идущие


Сайт управляется системой uCoz