Contents
1 An Overview of Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1.1 What Is Spintronics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.1.2 Why Do We Need Spintronics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.2
Comparative Merit–Demerit of Spintronics
and Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2.1 What Are the Disadvantages of Electronics? . . . . . . . . .
3
1.2.2 What Are then the Advantages of Spintronics
Over Electronics? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.2.3 Advantages of Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.3
Research Efforts Put on Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.4
Evolution of Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.4.1 History of Spin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.5
Quantum Mechanics of Spin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.5.1 Pauli Spin Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.5.2 Eigenvectors of the Pauli Matrices: SPINORS . . . . . . . 11
1.6
Dynamics of Magnetic Moments: Landau-Lifshitz-Gilbert
Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.7
Spin-Dependent Band Gap in Ferromagnetic Materials . . . . . . . 14
1.8
Functionality of ‘Spin’ in Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.8.1 Basic Principle of Working of All Spintronic
Devices (Simple Scheme) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.9
Different Branches of Spintronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.9.1 Branching Based on Choice of Materials . . . . . . . . . . . . 17
1.9.2 Branching Based on Magnetic Manipulation . . . . . . . . . 19
1.10 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.10.1 Presently, Do We Have Any Spintronics-Powered
Products? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.10.2 Future Scope of Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.11 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
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