L'obiettivo del corso è quello di fornire le competenze che comprendono le conoscenze teoriche e computazionali necessarie per affrontare problemi di modellazione nel campo della Spintronics. In particolare, il corso si propone di fornire conoscenze di micro-magnetismo e trasporto elettrico fornendo gli strumenti per la progettazione di dispositivi spintronici. Le conoscenze principali riguardano i seguenti argomenti:
energia micromagnetica,
• origine dei domini magnetici.
• solitoni magnetici
• trasporto in valvole di spin
• Giunti di tunnel magnetici
• effetto spin-hall
• modellazione di materiali antiferromagnetici
• isolanti topologici e applicazioni.
Prerequisiti
Conoscenza di analisi matematica reale e complessa, nonché di tecniche analitiche e numeriche per la risoluzione di equazioni differenziali. Conoscenze di base di informatica.
Metodi didattici
Lezioni frontali in aula. Seminari. Esercitazioni in aula.
Verifica Apprendimento
L'esame finale è svolto in due fasi, un progetto che prevede lo studio di un problema di ricerca nel campo della spintronics, ed un colloquio orale sugli argomenti trattati atto a valutare le conoscenze acquisite.
Testi
Notes from the lectures (the references included in the note have to be also considered).Books: - G. Bertotti. Hysteresis in Magnetism, Academic Press 1998.- A. Slavin, V. Tiberkevich, "Nonlinear auto-oscillator theory of microwave generation by spin-polarized current" IEEE Transactions on Magnetics 45 (4), 1875-1918.- A. Ahroni, Introduction to the Theory of Ferromagnetism, Oxford University Press.
Contenuti
Introduzione. Review delle nozioni di matematica necessarie al corso circa le equazioni differenziali. Segnali, sistemi. Difference finite. Integratori numerici nel dominio del tempo. Micromagnetismo. Teoria micromagnetica e modellizzazione di materiali magnetici su micro e nanoscala. Energie micromagnetiche (termini Maxwelliani e non-Maxwelliani). Topologia e magnetismo. Solitoni (preti di dominio, vortici, bolle, skyrmion, gocciolina, antivortice). Dinamica di magnetizzazione nei ferromagneti. Equazione di Landau-Lifshitz-Gilbert. Magnetoresistenza. Statica di antiferromagneti e ferrimagneti. Micromagnetismo con differenze finite. Spin-transfer-torque. Effetti magnetoresistivi giganti e tunnel. Correnti spin polarizzate. Oscillatori, rivelatori e memorie spintroniche. Analisi del segnale di oscillatori spintronici, larghezza di banda, frequenza, potenza, sincronizzazione, modulazione di frequenza, pulling and pushing in frequenza, phase slip. Interazioni spin-orbita. Effetto Spin-Hall. Isolanti topologici. Dinamica di antiferromagneti e ferrimagneti. Tecnologia THz basata su antiferromagneti. Memories racetrack. Computational paradigms beyond CMOS based on spintronic technology.