Rotační ventil nebo spinový ventil je zařízení sestávající ze dvou nebo více vodivých magnetických materiálů, jejichž elektrický odpor se může měnit mezi dvěma hodnotami v závislosti na vzájemném vyrovnání magnetizace ve vrstvách. Změna odporu se změnou magnetizace vrstev v takové vertikální struktuře je výsledkem obřího magnetorezistentního efektu . Magnetické vrstvy zařízení se zarovnají „nahoru“ nebo „dolů“ v závislosti na směru vnějšího magnetického pole . V nejjednodušším případě se rotační ventil skládá z nemagnetického materiálu vloženého mezi dva feromagnety , z nichž jeden je pevná vrstva (připnutý ) na antiferomagnet , který působí tak, že zvyšuje jeho magnetickou koercitivitu a chová se jako "tvrdá" vrstva, zatímco druhá feromagnetická vrstva je volná a chová se jako "měkká" vrstva. Díky rozdílu v koercitivitě měkká vrstva mění polaritu při menších změnách magnetického pole než tvrdá vrstva. Když je aplikováno magnetické pole vhodné síly, měkká vrstva může přepínat polaritu ve dvou různých stavech: paralelní, stav s nízkým odporem, a antiparalelní, stav s vysokým odporem.
Spin ventily se spoléhají na kvantovou vlastnost elektronů nazývanou spin . Kvůli štěpení elektronové hustoty stavů na Fermiho úrovni je u feromagnetik pozorována čistá spinová polarizace. Elektrický proud procházející feromagnetem tedy nese jak nábojovou , tak spinovou složku. Pro srovnání, běžný kov má stejný počet spin up a spin down elektronů, takže v rovnovážné situaci takové materiály podporují nulový spinový nabíjecí proud. Když však proud prochází z feromagnetika na normální kov, přenáší se také rotace. Běžný kov tak může přenášet spin mezi jednotlivými feromagnety za předpokladu dostatečné délky difúze spinu.
Přenos spinu závisí na vyrovnání magnetických momentů ve feromagnetech. Protéká-li proud do feromagnetika s hlavním spinem „nahoru“, projdou rozhraním relativně bez překážek elektrony se spinem nahoru a elektrony se spinem „dolů“ se odrazí nebo se spin-flipem na rozhraní feromagnetika, aby upadl do nenaplněného stavu. Pokud jsou tedy pevná i volná vrstva polarizovány ve stejném směru, zařízení má relativně nízký elektrický odpor, a pokud se polarita volné vrstvy mění vlivem magnetického pole, pak má zařízení zvýšený odpor v důsledku na další energii potřebnou k rozptýlení rotace do jiného stavu.
Vrstva antiferomagnetického materiálu je potřebná k fixaci jedné z feromagnetických vrstev (to znamená, aby byla pevná nebo magneticky tvrdá). To je výsledkem velké negativní výměnné interakce mezi feromagnetem a antiferomagnetem v kontaktní oblasti.
K oddělení dvou feromagnetických vrstev je zapotřebí nemagnetická vrstva[ co? ] , aby alespoň jeden z nich zůstal volný (magneticky měkký).
Základní princip činnosti pseudorotačního ventilu je shodný s běžným spinovým ventilem[ co? ] , ale místo změny magnetické koercitivní síly různých feromagnetických vrstev fixací jedné antiferomagnetickou vrstvou jsou dvě vrstvy vyrobeny z různých feromagnetik s různou koercitivitou, například FeNi a Co. Všimněte si, že koercivita je hlavně vnější vlastností materiálu a je tedy určena podmínkami zpracování.
Rotační ventily se používají v magnetických snímačích a čtecích hlavách pevných disků . [1] Používají se také v magnetických pamětích s náhodným přístupem ( MRAM ).