Espintronica

 
 
 
 
 
 

 
       www.micromagnetics.com  
       www.directvacuum.com  
 
 

Micro Magnetics, Inc.  
421 Currant Road  
Fall River, MA 02720  
Phone: (508)672‐4489  
Fax: (508)672‐0059  
admin@micromagnetics.com 

 

What is Spintronics? a.k.a Magnetoelectronics, Spin 
Electronics, or Spin‐based Electronics. 
 
The  age  of  electrically‐based  devices  has  been with  us  for  more  than  six  decades.   With  more  and 
more  electrical  devices  being  packed  into  smaller  and  smaller  spaces,  the  limits  of  physical  space  will 
prevent further expansion in the direction the microelectronics industry is currently going.  Also, volatile 
memory,  which  does  not  retain  information  upon  being  powered  off,  is  significantly  hindering ultrafast 
computing speeds.  However, a new breed of electronics, dubbed “spintronics,” may change all of that. 
 
Instead of solely relying on the electron’s negative charge to manipulate electron motion or to store 
information,  spintronic  devices  would  further  rely  on  the  electron’s  spin  degree  of  freedom,  the 
mathematics  of  which  is  similar  to  that  of  a  spinning top.   Since  an  electron’s  spin  is  directly  coupled  to 
its  magnetic  moment,  its  manipulation  is  intimately  related  to  applying  external  magnetic  fields.    The 
advantage  of  spin‐based  electronics  is  that  they  are  very  nonvolatile  compared  to  charge‐based 
electronics,  and  quantum‐mechanical  computing  based  on  spintronics  could  achieve  speeds  unheard  of with  conventional  electrical  computing.  Spintronics,  also  called  magnetoelectronics,  spin  electronics,  or 
spin‐based electronics, is an emerging scientific field. The research on spintronics can be divided into the 
following subfields. 
 
Spin Valve with Giant Magnetoresistance 
 
One  spintronic  device  that  currently  has  wide  commercial  application  is  the  spin‐valve.   Most 
modern  hard  disk  drives  employ  spin‐valves  to  read  each  magnetic  bit  contained  on  the  spinning 
platters  inside.    A  spin‐valve  is  essentially  a  spin  “switch”  that  can  be  turned  on  and  off  by  external 
magnetic  fields.    Basically,  it  is  composed  of  two  ferromagnetic  layers  separated  by  a  very  thin  non‐
ferromagnetic  layer.    When  these two  layers  are  parallel,  electrons  can  pass  through  both  easily,  and 
when  they  are  antiparallel,  few 
electrons will penetrate both layers. 
 
The  principles  governing  spin‐valve 
operation  are  purely  quantum 
mechanical.    Generally,  an  electron 
current  contains  both  up  and  down  spin 
electrons  in  equal  abundance.    When 
these  electrons  approach  a magnetized 
ferromagnetic  layer,  one  where  most  or 
all  contained  atoms  point  in  the  same 
direction,  one  of  the  spin  polarizations 
will  scatter  more  than  the  other.   If  the  ferromagnetic  layers  are  parallel,  the  electrons  not  scattered  by 
the first layer will not be scattered by the second, and will pass through both.  The result is a lower total resistance  (large  current).   However,  if  the  layers  are  antiparallel,  each  spin  polarization  will  scatter  by 
the  same  amount,  since  each  encounters  a  parallel  and  antiparallel  layer  once.   The  total  resistance  is 
then higher than in the parallel configuration (small current). 

 
 
 
 
 
 

 
       www.micromagnetics.com  
       www.directvacuum.com  
 
 Micro Magnetics, Inc.  
421 Currant Road  
Fall River, MA 02720  
Phone: (508)672‐4489  
Fax: (508)672‐0059  
admin@micromagnetics.com 

 
 
Thus,  by  measuring  the  total  resistance  of  the  spin  valve,  it  is  possible  to  determine  if  it  is  in  a 
parallel  or  antiparallel  configuration,  and  since  this  is  controlled  by  an  external  magnetic  field,  the ...