Mở Đầu

1. Lý do chọn đề tài

Thế giới đang chứng kiến sự thay đổi chóng mặt của khoa học công nghệ. Sự phát triển của khoa học công nghệ đã đem lại những diện mạo mới cho cuộc sống con người và công nghệ điện tử viễn thông . Tuy nhiên, công nghệ điện tử truyền thống đang tiến đến những giới hạn cuối cùng của kích thước thang vi mô, mà đang bắt đầu được thay thế bởi một thế hệ mới với sự ra đời của khoa học và công nghệ nano.

Hơn mười năm trở lại đây, ngành vật lý vật liệu đã tiến một bước vượt bật với hai khám phá khoa học quan trọng : Tính chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao và từ trở khổng lồ. Cả hai đang và sẽ đem lại cho công kỹ nghệ những ứng dụng phi thường. Đặc biệt là các nghiên cứu về từ trở khổng lồ đã đưa đến những tiến bộ khó tưởng trong khả năng dự trữ thông tin của máy vi tính ngày nay. Hội đồng bình xét giải Nobel Vật lý năm 2007 của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thuỵ Điển vừa quyết định trao giải Nobel Vật lý năm 2007 cho hai nhà vật lý là Albert Fert (quốc tịch Pháp, Đại học Paris-Sud, Orsay, Pháp) và Peter Grünberg (quốc tịch Đức, Trung tâm Nghiên cứu Juelich, Đức) cho những phát kiến của họ về hiệu ứng từ điện trở khổng lồ. Phát kiến này góp phần tạo ra một lĩnh vực mới là spintronics (điện tử học spin), ngành nghiên cứu nhằm tạo ra một thế hệ linh kiện điện tử mới, sử dụng đồng thời hai thuộc tính của điện tử là điện tích và spin. Spintronic- điện tử học Spin là sản phẩm của khoa học và công nghệ nano mà đối tượng của nó là điều khiển spin tạo ra một thế hệ linh kiện điện tử mới. Thuật ngữ này bắt đầu xuất hiện từ những tập niên 1990 và đang bắt đầu trở thành một xu hướng nghiên cứu nóng bỏng trên thế giới với nhiều triển vọng phát triển hứa hẹn. Trong thời gian hơn 10 năm qua, ba trung tâm khoa học công nghệ lớn của thế giới là: Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản đã liên tục tăng cường đầu tư cho lĩnh vực khoa học công nghệ mới vừa mang tính mạo hiểm nhưng đầy triển vọng này. Đến tháng 11 năm 2001, Trung tâm đánh giá công nghệ của Mỹ (WTEC) đã tổ chức một cuộc Hội nghị chiến lược quan trọng nhằm:

• Gặp mặt và trao đổi thông tin trong cộng đồng nghiên cứu về tình trạng và khuynh hướng nghiên cứu phát triển trên thế giới trong lĩnh vực Spintronics

• Cung cấp một sự đánh giá so sánh 3 cường quốc Khoa học công nghệ thế giới nói trên để xác định các trung tâm 'excerlence', làm rõ các thời cơ, chiến lược nghiên cứu triển khai và khả năng hợp tác trong lĩnh vực khoa học công nghệ mới mẻ này. Các nước Đông Á khác như Hàn Quốc, Đài Loan, Singapore cũng đang chú trọng tới hướng khoa học công nghệ này. Tháng 10 năm 1998 Bộ Khoa học Công nghệ Hàn Quốc đã cho thành lập ở Taejeon một Trung tâm Nanospinics làm về Vật liệu spintronic (CNSM), do GS. Sung-Chul Shin làm giám đốc. Đến năm 2000 một Trung tâm nghiên cứu Khoa học về spin điện tử (eSSC) lại được tiếp tục thành lập ở Đại học Pohang do GS. Yoon Hee Jeong làm giám đốc. Các Trung tâm này được ưu tiên lớn cả về kinh phí và tổ chức, mỗi dự án cỡ trên 1 triệu USD/ năm và kéo dài khoảng 5 năm. Ở Đài Loan, Viện Vật Lý thuộc Viện Hàn lâm khoa học Đài Loan cũng chú trọng ưu tiên hướng Khoa học Công nghệ spintronics. Ở Singapore Trường Tổng hợp quốc gia và Viện nghiên cứu tích trữ dữ liệu cũng thành lập các chương trình nghiên cứu spintronics. Đề tài spintronics đã chiếm một vị thế quan trọng tại các cuộc hội nghị về Từ, về Bán dẫn, về Công nghệ nanô và về Điện tử trên thế giới. Vấn đề kết hợp nghiên cứu với đào tạo, nghiên cứu với công nghiệp, hợp tác giữa các Phòng thí nghiệm trong lĩnh vực spintronics đang được bàn đến ở nhiều diễn đàn. Sau khoảng 10 năm Spintronics không còn là một khoa học mơ tưởng của một nhóm người nữa, mà đã là một ngành khoa học công nghệ vừa có ý nghĩa cách mạng vừa có ý nghĩa kinh tế thực sự đối với phát triển khoa học công nghệ của thế giới trong thế kỷ 21. Người ta đã không ngần ngại mà kết luận rằng: Spintronics sẽ là thế hệ linh kiện thế kỷ 21 thay cho các linh kiện điện tử truyền thống điều khiển điện tích của điện tử đã lỗi thời. Spintronics không chỉ là một trong những hướng công nghệ sẽ phát triển mạnh trong tương lai, sẽ có tác động mạnh mẽ đến các công nghệ điện tử-tin học-viễn thông, kể cả trong lĩnh vực quân sự, của thế kỷ 21, mà còn là một trong những hướng quan trọng của công nghệ nano nhằm tạo ra những linh kiện, dụng cụ điện tử hoạt động theo những nguyên lý mới hoàn toàn.

Ở Việt Nam hiện nay khi nhắc đến công nghệ nano, vật liệu nano thì không còn mới lạ nữa mà vấn đề này đang được nghiên cứu rất nhiều. Năm 1996 Hiệu ứng GMR trong các màng mỏng từ dạng hạt và các cấu trúc van spin lần đầu tiên nghiên cứu ở trong nước là ở viện ITIMS . Nhiều năm sau một số viện, trường đại học khác đã bắt đầu quan tâm, như Viện Khoa Học Vật Liệu (IMS), trường đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội. Gần đây nhiều vấn đề khác của spintronics đã được tiếp cận và triển khai nghiên cứu rộng rãi hơn ở một số cơ sở đào tạo đại học và nghiên cứu khoa học. Dự kiến trong những năm tới, xu hướng nghiên cứu về spintronics ở trong nước sẽ được quan tâm rộng rãi hơn, phát triển các vấn đề phong phú và sâu sắc hơn. Những kết quả nghiên cứu nổi bật gần đây nhất ở viện ITIMS liên quan đến spintronics được trình bày trong các báo cáo tổng kết của các đề tài như “Vật liệu từ có hiệu ứng đặc biệt và cấu trúc nano”, “Chế tạo và ghiên cứu các tính chất của vật liệu từ cấu trúc nano”, và đề tài cấp Bộ “Chế tạo bộ chuyển đổi từ-điện sử dụng cảm biến van spin”. (bổ sung)

Spintronics là vấn đề rất mới và đang được nghiên cứu nhiều ở nước ta hiện nay. Đó chính là lí do tôi quyết định chọn đề tài này: “Công nghệ Spintronics”.

2. Mục đích nghiên cứu

Ngày nay cùng với việc phát triển chóng mặt của khoa học thì thế giới cũng đang chạy đua tìm ra vật liệu mới với nhiều tính năng ưu việt. Spintronics là một lĩnh vực rất mới hiện nay và được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Mục đích tôi nghiên cứu đề tài này là:

- Biết ứng dụng của công nghệ Spintronics trong cuộc sống

- Hiểu thêm về các kinh kiện điện tử được tạo ra từ công nghệ Spintronics

- Có cái nhìn tổng quan hơn về việc nghiên cứu tạo ra vật liệu mới

- Biết trào lưu chế tạo ra các vật liệu mới ngày nay.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu

Để hoàn thành tốt đề tài này nhiệm vụ cụ thể đặt ra là:

- Tổng quan và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài .

- Tìm hiểu các linh kiện điện tử thực tế.

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của công nghệ Spintronics.

- Nghiên cứu ưu điểm, nhược của linh kiện Spintronics.

4. Đối tượng nghiên cứu

Để đạt được mục đích nghiên cứu và nhiệm vụ nêu ra tôi xác định đối tượng nghiên cứu như sau:

- Cơ sở lý luận của công nghệ Spintronics.

- Cấu tạo, hoạt động của các linh kiện được tạo ra từ công nghệ Spintronics.

- Nghiên cứu các công nghệ chế tạo ra các linh kiện Spintronics.

5. Phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu tìm hiểu sơ lược về công nghệ Spintronics, nghiên cứu một số linh kiện Spintronics điển hình, sơ lược về kỹ thuật sử dụng trong công nghệ Spintronics.

6. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết.

- Thu thập, xử lý, tổng hợp, khái quát tài liệu.