Šiandieninės elektronikos pagrindas yra mažyčiai elektronų krūviai, kurie yra išmatuojami šiems judant elektrinėmis grandinėmis. Tačiau taip yra išnaudojamas ne visas elektronų potencialas, todėl mokslininkai didelį dėmesį skiria spintronikai, arba sukinių elektronikai, kuri pagrįsta kita fundamentalia kvantine mechanika aprašoma savybe – sukiniu.
Šiandieninės elektronikos pagrindas yra mažyčiai elektronų krūviai, kurie yra išmatuojami šiems judant elektrinėmis grandinėmis. Tačiau taip yra išnaudojamas ne visas elektronų potencialas, todėl mokslininkai didelį dėmesį skiria spintronikai, arba sukinių elektronikai, kuri pagrįsta kita fundamentalia kvantine mechanika aprašoma savybe – sukiniu.
Sukinį lengviau įsivaizduoti prisiminus planetinį atomo modelį: elektronai, būdami tarsi nykštukinės planetos, skrieja apie atomo branduolį kartu sukdamiesi apie savo ašį – visai kaip Žemė aplink Saulę. Sukimasis apie savo ašį atitinka sukinį, kuris gali būti nukreiptas į viršų arba į apačią. Tokios dvi būsenos yra labai patogus įrankis norimą informaciją paversti dvejetainiu kodu, kitaip tariant, užrašyti vienetukų ir nuliukų seką.
Sukinį įmanoma išmatuoti dėl jo kuriamo nedidelio magnetinio lauko. Tokie metalai kaip geležis gali įsimagnetinti, kuomet pakankamas elektronų kiekis orientuoja savo sukinį ta pačia kryptimi.
Spintronika, lyginant su įprastine elektronika, turi kelis akivaizdžius privalumus. Tam, kad būtų galima kontroliuoti krūvininkų tekėjimą tranzistoriuose, elektronikai reikalingos tam tikros puslaidininkių medžiagos. Savo ruožtu sukinį labai nesudėtinga išmatuoti netgi varyje arba aliuminyje – dažnai sutinkamuose metaluose. Be to, pakeisti sukinio būseną reikia mažiau energijos nei atlikti analogiškus pakeitimus elektrinėje grandinėje.
Kadangi sukinio būsenų keitimas yra labai greitas procesas, tai kartu reiškia ir spartesnį duomenų perdavimą. O atsižvelgus į tai, jog elektrono sukinio būsenos išlaikymas nereikalauja papildomos energijos, užkoduota informacija tampa netryni – išlieka išjungus įrenginį.
Pirmasis praktinis spintronikos pritaikymas kompiuterinėse sistemose pažymėtas 2007 metų fizikos Nobelio premija, skirta profesoriams Albertui Fertui (Albert Fert) ir Piteriui Griunbergui (Peter Grünberg) už milžiniškos magnetovaržos atradimą (angl. giant magnetoresistance, GMR). Mokslininkai, suvokę, jog elektrono sukinį įmanoma panaudoti standžiojo disko nuskaitymo spartai padidinti, išplėtojo įspūdingą technologiją, pakeitusią kompiuterijos pramonę.
Standžiajame diske informacija koduojama vienetukų ir nuliukų sekomis šias magnetiškai įrašant į besisukančias disko plokšteles. Magnetinį lauką sukuria elektronai, tekantys rašymo-skaitymo galvučių ritėmis, kurios savo ruožtu juda labai mažu atstumu nuo plokštelių paviršiaus, keisdamos magnetiškai jautrių plokštelės paviršiaus regionų orientaciją. Pakeitus elektronų tekėjimo kryptį, magnetinio lauko kryptis pasikeičia į priešingą, todėl šias magnetines orientacijas patogu tapatinti su vienetukų ir nuliukų reikšmėmis. Norint informaciją nuo plokštelės nuskaityti reikalinga atvirkštinė procedūra.
GMR standžiajame diske rašymo-skaitymo galvutę sudaro du feromagnetiniai sluoksniai, iš kurių vieno magnetinio lauko kryptis yra pastovi, o kito gali laisvai kisti priklausomai nuo magnetinio lauko plokštelės paviršiuje. Tarp šių dviejų feromagnetinių sluoksnių įterpiamas nemagnetinis sluoksnis.
Kuomet elektronas kerta magnetinį lauką, jo sukinio būsena gali pasikeisti. Šis reiškinys vadinamas sklaida. Ten, kur elektronų sukinių būsenos yra netvarkingai orientuotos, stebima žymiai didesnis pasipriešinimas srovės tekėjimui. Išlygiavus elektronų sukinius rašymo-skaitymo galvutės magnetinio lauko kryptimi, gerokai sumažinama varža, todėl išauga duomenų perdavimo sparta. GMR technologija, pirmąkart pristatyta IBM kompanijos 1997 metais, leido sukurti spartesnius ir didesnės talpos diskus.
Nuo tada spintronikos specialistai pluša bandydami tą patį metodą pritaikyti operatyviajai atminčiai (angl. random-access memory, RAM), tikėdamiesi pakeisti dabartines elektros srovės pagrindo dinamines atmintines (DRAM) magnetinėmis (MRAM). Pirmasis komercinis produktas, pristatytas „Everspin“ kompanijos, jau naudojamas „Airbus“ orlaiviuose ir BMW motocikluose dėl savo patikimumo esant aukštai temperatūrai arba kosminių spindulių poveikiui – tai ypač aktualu aukštai pakylantiems lėktuvams.
MRAM nuo standžiųjų diskų skiriasi tuo, kad čia besisukančios plokštelės yra pakeistos tam tikrais magnetovaržiniais narveliais. Nors šios atmintinės nėra tokios sparčios kaip DRAM, jų narveliai išlaiko elektronų sukinių orientacijas, todėl duomenys nėra prarandami išjungus energijos šaltinį. Svarbu ir tai, jog MRAM technologija yra spartesnė už dabar labai populiarias flash atmintines, be to, jai neaktuali ir baigtinio duomenų perrašymo problema.
Kiti gamintojai – „Intel“, „Qualcomm“, „Toshiba“ ir „Samsung“ – bando MRAM panaudoti kaip procesoriaus tarpinę atmintį (angl. cache memory). Tai logiškas žingsnis, nes dabartinę tarpinę atmintį būtų galima pakeisti mažesnių išmatavimų ir didesnės talpos MRAM lustais, kurie, be kita ko, naudotų iki 80 proc. mažiau energijos.
Elektronikai neišvengiamai artinantis prie silicio galimybių ribos, spintronika vaidins vis didesnį vaidmenį užtikrinant, jog mes ir toliau galėsime džiaugtis didesne įrenginių sparta, talpa, mažesnėmis energijos sąnaudomis bei, žinoma, kaina.
