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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2015/2016
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 097509 - ELECTRON MICROSCOPIES AND SPINTRONICS [I.C.]
  • 097508 - NANOMAGNETISM AND SPINTRONICS
Docente Bertacco Riccardo
Cfu 5.00 Tipo insegnamento Modulo Di Corso Strutturato

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - BV (478) NUCLEAR ENGINEERING - INGEGNERIA NUCLEARE*AZZZZ097726 - NANOMAGNETISM AND SPINTRONICS
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (486) ENGINEERING PHYSICS - INGEGNERIA FISICA*AZZZZ097509 - ELECTRON MICROSCOPIES AND SPINTRONICS [I.C.]

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

 

OVERVIEW

 

Nanomagentism is a modern discipline devoted to the study of magnetism in nanoscale objects. The "nano-world" opens unforeseen possibilities to develop new devices and paradigms exploiting the spin and orbital angular momentum of electrons and other quasi-particles (e.g. domain walls, magnons) propagating in engineered magnetic structures. Spintronics, in particular, is a branch of nanoelectronics aiming at developing new electronic devices taking advantage of the spin degree of freedom in addition to the charge of carriers.

 

The aim of this course is to present the fundamentals of micro and nanomagnetism necessary to understand the recent developments in the field of spintronics. A platform for micromagnetic simulation will be also presented, in order to provide the students with the essential tools for designing and analysing magnetic nano-devices. Finally, the lectures of the last part of the course are intended to review the recent advances in the field.

 

 

 

OUTLINE OF THE PROGRAM 

 

The program will consist of lectures and exercises devoted to these topics:

 

Micro and NANO magnetism

Demagnetizing field, magnetostatic energy. Landau magnetic free energy and its contributions (exchange, anisotropies, magnetostrictions). Domain walls. Micromagnetic simulations (OOMMF). Coherent magnetization reversal (Stoner Wohlfart model) and reversal via propagation of domain walls. Magnetic nanoparticles. Domain wall conduits. Magnetic coupling in multilayers (Néel coupling, Exchange bias, Bilinear coupling)

 

MOTT-Spintronics

 

Two currents model and spin dependent scattering. Giant magnetoresistance in CIP and CPP configurations. Spin accumulation and Valet-Fert model. Tunneling magnetoresistance and magnetic tunneling junctions. Non volatile magnetic memories (MRAMs) and magnetic sensors. Spin transfer torque. Magneto-electric coupling. Spin injection, manipulation and detection in semiconductors.

 

Spinorbitronics

 

Rashba based devices and Spin-FET. Spin currents. Direct and inverse spin Hall effect. Antiferromagnet spintronics.

 

  

 

LABORATORY ACTIVITIES

 

Laboratory instruction in specific techniques of magnetic characterization of materials and devices will be provided, at the laboratory of Nanomagnetism located within the facility Polifab.

 

 

 

WHO SHOULD ATTEND

 

The program is designed for students of the Engineering Physics course, but also students from the electronic engineering, material science and nanotechnology courses may also benefit from this course. A good knowledge of the fundamentals of quantum mechanics and solid state physics is required.

 

 


Note Sulla Modalità di valutazione

The examimation is made of two parts: (i) a written test (1 hour) with some exercises to solve, (ii) an oral examination. The written test can be replaced with a project on the micromagnetic simulation and investigation of selected magnetic structures.

 


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaS. Blundell, Magnetism in Condensed Matter, Editore: Oxford Master Series in Physics, Anno edizione: 2001, ISBN: 978-0-19-850591-4
Note:

Testo con una buona trattazione dei fondamenti di magnestismo, ma senza il necessario approfondimento delle parti di micromagnetismo ed elettronica di spin.

Risorsa bibliografica facoltativaJ. M. D. Coey, Magnetism and Magnetic Materials, Editore: Cambridge, Anno edizione: 2010, ISBN: 9780521816144
Note:

Buon handbook di magnetismo, voluminoso per definizione, ma che copre quasi tutti gli argomenti del corso. Rimangono esclusi gli argomenti di elettronica di spin per i quali sono disponibili le slides del docente o riferimenti ad articoli scientifici.

Risorsa bibliografica facoltativaAmikam Aharoni, Introduction to the Theory of Ferromagnetism, Editore: Oxford University Press, Anno edizione: 2001, ISBN: 0198508093
Note:

Ottimo testo sul ferromagnetismo e micromagnetismo.


Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
28.0
esercitazione
18.0
laboratorio informatico
0.0
laboratorio sperimentale
4.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Inglese
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
20/06/2021