Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Elektronika spinowa
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETP-1-708-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Elektronika i Telekomunikacja
Semestr:
7
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr inż. Skowroński Witold (skowron@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Zajęcia mają na celu wprowadzenie do prężnie rozwijającej się części elektroniki, jaką jest elektronika spinowa, która oprócz ładunku elektronu wykorzystuje również jego spin. W ramach zajęć student zapozna się z technologiami cienkowarstwowymi, metodami produkcji prototypowych urządzeń oraz ich pomiarów. Z wykorzystaniem modeli laboratoryjnych zostaną stworzone programy wykorzystujące urządzenia spintroniczne do pomiarów wielkości elektrycznych i nie-elektrycznych.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student zna i rozumie podstawy zjawisk fizycznych, na których opierają się metody stosowane w nanotechnologiach systemów cienkowarstwowych dla urządzeń elektroniki spinowej. ETP1A_W18, ETP1A_W16, ETP1A_W01 Zaliczenie laboratorium
M_W002 Student zna podstawy metod projektowania, wytwarzania, charakteryzowania i testowania nanourzadzeń: spintronicznych (zawory spinowe), pamięci MRAM, oscylatory mikrofalowe. ETP1A_W02, ETP1A_W01 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 Student ma podstawową wiedzę w zakresie fizyki i inżynierii materiałowej potrzebną do projektowania i wytwarzania nanourządzeń: elektroniki spinowej. ETP1A_W05, ETP1A_W02 Zaliczenie laboratorium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi zaplanować i przeprowadzić eksperyment, symulację oraz pomiary charakterystyk elektrycznych, magnetycznych i optycznych. Potrafi również w oparciu o nabytą wiedzę zaprojektować analogowe i cyfrowe układy elektroniczne współpracujące z nanourządzeniem cienkowarstwowym. ETP1A_U04 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Student umie integrować odpowiednie prawa i zasady poznane na wykładzie oraz pozyskane z literatury, potrafi dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski. ETP1A_U02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Student potrafi pracować indywidualnie i w zespole, opracować szczegółową dokumentację wyników z realizacji eksperymentu, zawierającą ich analizę i wnioski. ETP1A_U03, ETP1A_U02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student ma świadomość ważności zachowywania się w sposób profesjonalny, przestrzegania zasad etyki zawodowej i poszanowania różnorodności poglądów i kultur. ETP1A_K03 Aktywność na zajęciach
M_K002 Student ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania. ETP1A_K04 Aktywność na zajęciach
M_K003 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych. ETP1A_K01 Aktywność na zajęciach
M_K004 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych. ETP1A_K02 Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
38 14 0 24 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student zna i rozumie podstawy zjawisk fizycznych, na których opierają się metody stosowane w nanotechnologiach systemów cienkowarstwowych dla urządzeń elektroniki spinowej. + - + - - - - - - - -
M_W002 Student zna podstawy metod projektowania, wytwarzania, charakteryzowania i testowania nanourzadzeń: spintronicznych (zawory spinowe), pamięci MRAM, oscylatory mikrofalowe. + - + - - - - - - - -
M_W003 Student ma podstawową wiedzę w zakresie fizyki i inżynierii materiałowej potrzebną do projektowania i wytwarzania nanourządzeń: elektroniki spinowej. + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zaplanować i przeprowadzić eksperyment, symulację oraz pomiary charakterystyk elektrycznych, magnetycznych i optycznych. Potrafi również w oparciu o nabytą wiedzę zaprojektować analogowe i cyfrowe układy elektroniczne współpracujące z nanourządzeniem cienkowarstwowym. - - + - - - - - - - -
M_U002 Student umie integrować odpowiednie prawa i zasady poznane na wykładzie oraz pozyskane z literatury, potrafi dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski. - - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi pracować indywidualnie i w zespole, opracować szczegółową dokumentację wyników z realizacji eksperymentu, zawierającą ich analizę i wnioski. - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student ma świadomość ważności zachowywania się w sposób profesjonalny, przestrzegania zasad etyki zawodowej i poszanowania różnorodności poglądów i kultur. + - + - - - - - - - -
M_K002 Student ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania. + - + - - - - - - - -
M_K003 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych. + - + - - - - - - - -
M_K004 Student rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych. + - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 75 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 38 godz
Przygotowanie do zajęć 12 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 11 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 14 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (14h):
  1. Celem przedmiotu jest przekazanie wiedzy, wykształcenie teoretycznych i praktycznych umiejętności z nanotechnologii cienkowarstwowej w zakresie: elektroniki spinowej. Student potrafi w laboratorium zaprojektować nanourządzenia spintroniczne oraz zmierzyć i przeanalizować ich podstawowe charakterystyki.

    Tematyka wykładu podzielona jest na następujące sekcje:

    1. Wstęp do elektroniki spinowej, podstawowe zjawiska fizyczne w spintronice
    2. Technologie cienkowarstowe, wytwarzanie i nanostrukturyzacji systemów wielowarstwowych (litografia optyczna, elektronowa).
    3. Elektronika spinowa podstawowe zjawiska:
      • proces przemagnesowywania cienkiej warstwy ferromagnetycznej,
      • międzywarstwowe magnetyczne sprzężenia wymienne w układach wielowarstwowych,
      • zjawiska magnetorezystancyjne w cienkich warstwach: anizotropowy efekt magnetorezystancyjny (AMR), gigantyczna magnetorezystancja (GMR)
    4. Czujniki pola magnetycznego:
      • Anizotropia magnetyczna, pole odmagnesowania
      • efekty GMR, AMR, efekt Halla
      • Magnetyczne złącza tunelowe – tunelowa magnetorezystancja (TMR)
    5. Komórki pamięci MRAM, nanooscylatory, dioda spinowa
      • Spinowy transfer momentu – STT, SOT
      • Sterowanie anizotropii napięciem – VCMA
    6. Technologia cienkowarstwowa
    7. Charakteryzacja magnetyczna i strukturalna układów wielowarstwowych:
      • pomiary pętli histerezy magnetycznej: magnetooptyczny efekt Kerra (MOKE),
      • magnetometr wibracyjny (VSM),
      • dyfrakcja rentgenowska XRD, transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM)

  2. Laboratorium z Elektroniki Spinowej będzie ściśle powiązane z wykładem. Ćwiczenia laboratoryjne odbywają się w blokach 3-godzinnych. Temat kolejnych ćwiczeń to:

    1. Wstęp, zajęcia organizacyjne, podstawy programowania w LabVIEW, obsługiwanie kart pomiarowych
    2. Zapoznanie się z technologią cienkowarstwową, wytwarzanie prototypowych elementów GMR w ACMIN AGH
    3. Pomiary wytworzonych elementów spintronicznych
    4. Pomiary komercyjnych czujników magnetycznych
    5. Obsługiwanie kart mikroprocesorowych, zapoznanie z modułami pomiarowymi
    6. Pomiar kąta z wykorzystaniem serwomechanizmu i czujnika
      magnetorezystancyjnego
    7. Pomiar prędkości obrotowej z wykorzystaniem czujnika pola magnetycznego
    8. Laboratorium zaliczeniowe

  3. Celem przedmiotu jest przekazanie wiedzy, wykształcenie teoretycznych i praktycznych umiejętności z nanotechnologii cienkowarstwowej w zakresie: elektroniki spinowej. Student potrafi w laboratorium zaprojektować nanourządzenia spintroniczne oraz zmierzyć i przeanalizować ich podstawowe charakterystyki.

    Tematyka wykładu podzielona jest na następujące sekcje:

    1. Wstęp do elektroniki spinowej, podstawowe zjawiska fizyczne w spintronice
    2. Technologie cienkowarstowe, wytwarzanie i nanostrukturyzacji systemów wielowarstwowych (litografia optyczna, elektronowa).
    3. Elektronika spinowa podstawowe zjawiska:
      • proces przemagnesowywania cienkiej warstwy ferromagnetycznej,
      • międzywarstwowe magnetyczne sprzężenia wymienne w układach wielowarstwowych,
      • zjawiska magnetorezystancyjne w cienkich warstwach: anizotropowy efekt magnetorezystancyjny (AMR), gigantyczna magnetorezystancja (GMR)
    4. Czujniki pola magnetycznego:
      • Anizotropia magnetyczna, pole odmagnesowania
      • efekty GMR, AMR, efekt Halla
      • Magnetyczne złącza tunelowe – tunelowa magnetorezystancja (TMR)
    5. Komórki pamięci MRAM, nanooscylatory, dioda spinowa
      • Spinowy transfer momentu – STT, SOT
      • Sterowanie anizotropii napięciem – VCMA
    6. Technologia cienkowarstwowa
    7. Charakteryzacja magnetyczna i strukturalna układów wielowarstwowych:
      • pomiary pętli histerezy magnetycznej: magnetooptyczny efekt Kerra (MOKE),
      • magnetometr wibracyjny (VSM),
      • dyfrakcja rentgenowska XRD, transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM).

Ćwiczenia laboratoryjne (24h):
  1. Laboratorium z Elektroniki Spinowej będzie ściśle powiązane z wykładem. Ćwiczenia laboratoryjne odbywają się w blokach 3-godzinnych. Temat kolejnych ćwiczeń to:

    1. Wstęp, zajęcia organizacyjne, podstawy programowania w LabVIEW, obsługiwanie kart NI
    2. Wytwarzanie prototypowych elementów GMR w ACMIN AGH
    3. Pomiary wytworzonych elementów spintronicznych
    4. Pomiary komercyjnych czujników magnetycznych
    5. Obsługiwanie kart mikroprocesorowych Arduino, zapoznanie z modułami pomiarowymi
    6. Pomiar magnetorezystancyjnego czujnika kąta z wykorzystaniem serwomechanizmu (2 laboratoria)
    7. Pomiar prędkości obrotowej z wykorzystaniem czujnika pola magnetycznego (2 laboratoria)
    8. Laboratorium zaliczeniowe

  2. Laboratorium z Elektroniki Spinowej będzie ściśle powiązane z wykładem. Ćwiczenia laboratoryjne odbywają się w blokach 3-godzinnych. Temat kolejnych ćwiczeń to:

    1. Wstęp, zajęcia organizacyjne, podstawy programowania w LabVIEW, obsługiwanie kart pomiarowych
    2. Zapoznanie się z technologią cienkowarstwową, wytwarzanie prototypowych elementów GMR w ACMIN AGH
    3. Pomiary wytworzonych elementów spintronicznych
    4. Pomiary komercyjnych czujników magnetycznych
    5. Obsługiwanie kart mikroprocesorowych, zapoznanie z modułami pomiarowymi
    6. Pomiar kąta z wykorzystaniem serwomechanizmu i czujnika
      magnetorezystancyjnego
    7. Pomiar prędkości obrotowej z wykorzystaniem czujnika pola magnetycznego
    8. Laboratorium zaliczeniowe

  3. Laboratorium z Elektroniki Spinowej będzie ściśle powiązane z wykładem. Ćwiczenia laboratoryjne odbywają się w blokach 3-godzinnych. Temat kolejnych ćwiczeń to:

    1. Wstęp, zajęcia organizacyjne, podstawy programowania w LabVIEW, obsługiwanie kart pomiarowych
    2. Zapoznanie się z technologią cienkowarstwową, wytwarzanie prototypowych elementów GMR w ACMIN AGH
    3. Pomiary wytworzonych elementów spintronicznych
    4. Pomiary komercyjnych czujników magnetycznych
    5. Obsługiwanie kart mikroprocesorowych, zapoznanie z modułami pomiarowymi
    6. Pomiar kąta z wykorzystaniem serwomechanizmu i czujnika
      magnetorezystancyjnego
    7. Pomiar prędkości obrotowej z wykorzystaniem czujnika pola magnetycznego
    8. Laboratorium zaliczeniowe

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zaliczenie laboratorium uzyskuje się na podstawie sprawozdań z wybranych ćwiczeń.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa obliczana jest zgodnie z regulaminem studiów na podstawie oceny końcowej ćwiczeń laboratoryjnych z uwzględnieniem aktywności na wykładzie.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Zaliczenie zajęć z inną grupą laboratoryjną.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

• Znajomość elektromagnetyzmu, podstaw fizyki ciała stałego (półprzewodniki, magnetyzm)
• Teoria obwodów, podstawy elektroniki analogowej i cyfrowej.
• Znajomość zagadnień z miernictwa elektronicznego
• Podstawowa znajomość środowiska LabVIEW

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Rainer Waser, Nanoelectronics and Information Technology (Advanced Electronic Materials and Novel Devices), Wiley-VCH 2003
2. S. Tumański, Thin Film Magnetoresistive Sensors, IOP Publ., Bristol, 2001
3. T. Stobiecki, Urządzenia elektroniki spinowej, Wydawnictwa AGH (2012)

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Wybrane pozycje:
1. Witold Skowroński, Maciej Czapkiewicz, Sławomir Ziętek, Jakub Chęciński, Marek Frankowski, Piotr Rzeszut, Jerzy Wrona,: Understanding stability diagram of perpendicular magnetic tunnel junctions, Scientific Reports 7, 10172 (2017)
2. Witold Skowroński, Sławomir Ziętek, Monika Cecot, Tomasz Stobiecki: Microwave detection based on magnetoresistance effect in spintronic devices, IEEE Xplore, 21st International Conference on Microwave, Radar and Wireless Communications (MIKON) 6 (2016)
3. Witold Skowroński, Piotr Wiśniowski, Tomasz Stobiecki, Susana Cardoso, Paulo P. Freitas, Sebastiaan van Dijken: Magnetic field sensor with voltage-tunable sensing properties, Applied Physics Letters 101, 192401 (2012)

Kompletna lista publikacji prowadzących znajduje się na stronie:
http://www.maglay.agh.edu.pl/artykul/45,publications.html

Informacje dodatkowe:

Brak