1.4 Спінтронний мемрістор

Незабаром після першої демонстрації мемрістора почалися дослідження його властивостей в області спінтроніки (область квантової електроніки, що використовує ефект спіновогострумопереносу [спін-поляризованого транспорту] в гетеро структурах ферромагнетик-парамагнетик або феромагнетик-надпровідник) - яка сама є відносно новим розділом електроніки. Саме спінтроніка знаходиться в центрі останніх досягнень по збільшенню щільності запису інформації на жорстких дисках і удосконаленню пристроїв з сітковою енергонезалежною пам'яттю - MRAM (magnetoresistive random-access memory - магніторезистивна оперативна пам'ять). На відміну від електроніки, робота якої заснована на управлінні потоками електронів, спінтроніка грунтується на квантовомеханічних властивості електронів, відомому, як спін. Спін електронів, зокрема, відповідає за магнітні властивості матеріалів: матеріали намагнічені, коли електрони в них мають однонаправлені спіни (феромагнетизм). Об'єднавши властивості Мемрістора і спінтроніки, можна створювати пристрої, чий опір змінюється в залежності від спіну електронів, що проходять через нього, причому пристрої будуть запам'ятовувати цей опір.

Принцип поботи грунтується на феромагнітних властивостях речовин. При феромагнітному впорядкуванні сусіднім спінам вигідно бути направленими в один бік. За певних умов ця вигода пересилює розвпорядкований внесок теплового руху, і утворюються "домени", в яких усі спіни спрямовані однаково. Причиною опору пристрою є різний напрям спінів електронів в сусідніх доменах. Електрони, що входять в пристрій, мають певний спін, який змінює намагніченість матеріалу. Зміна намагніченості в свою чергу зрушує доменну межу і змінює опір пристрою.

На думку Ванга, спінові Мемрістори є більш універсальними, ніж пристрої, розроблені Hewlett-Packard і засновані на русі іонів в матеріалі [4]. Так як намагніченість не є дискретною величиною, а може змінюватися безперервно, спіновому Мемрістору не потрібно здійснювати повний перехід від намагніченого стану до ненамагнічену для того, щоб зареєструвати зміну опору.

У статті Массіміліана Ді Вентра в «Physical Review» було описано ще один спіновий мемрісторний пристрій [4]. На відміну від пристрою Ванга в ньому поєднані метал-феромагнетик і напівпровідник. Всі електрони металу мають спін, умовно спрямований вгору, і тільки електрони з таким же спіном будуть переходити в феромагнетик з напівпровідника. Електрони з протилежним спіном почнуть накопичуватися на кордоні між матеріалами, утворюючи зростаючу електронну хмару. У кінцевому рахунку, це хмара починає блокувати подальше перетікання електронів в феромагнетик, що призводить до спіно-залежної провідності. Пристрій Ді Вентра все ж не є «ідеальним» мемрістором, тому що інформація про стан не зберігається після вимкнення живлення. Тим не менше, воно може володіти кількома перевагами. Наприклад, спіновий стан утримується деякими матеріалами набагато довше, ніж заряд (в основі пристрою, продемонстрованого HP, лежить якраз накопичення електричного заряду в плівці діоксиду титану при міграції вакансій), що дозволяє створювати кола, що споживають менше енергії [4].