Gebruiker:Gyte75/Kladblok 04

• Gyte75
• Gyte75/Balkan Pact
• Gyte75/Einstein koelkast
• Gyte75/Kladblok
• Gyte75/Kladblok 02
• Gyte75/Kladblok 03
• Gyte75/Kladblok 04
• Gyte75/Namık Kemal

---

Bioscoopjournaal uit 1951. Opening van twee proeffabrieken aan de TH Delft, een voor fysische en een voor chemische technologie.

Technische natuurkunde is een ingenieursopleiding, die toegespitst is op het vinden van technische toepassingen of oplossingen vanuit de natuurkunde. De studierichting staat ook bekend onder naam fysische techniek. Een student wordt na afronding van de opleiding benoemd tot natuurkundig ingenieur.

Kenmerken

De accenten die bij technische natuurkunde gelegd worden verschillen sterk per onderwijsinstelling, maar vooral, althans in Nederland, ook tussen het hoger beroepsonderwijs en het wetenschappelijk onderwijs. Een afgestudeerd technisch natuurkundige gaat meestal werken bij het bedrijfsleven waar hij praktische toepassingen zoekt voor bekende natuurkundige processen en wetmatigheden. Deze toepassingen worden dan verwerkt in nieuwe commerciële producten zoals nieuwe materialen (bv in de halfgeleidertechnologie, chemische industrie, etc.) of apparaten (zoals in de consumentenelektronica, auto-industrie, etc).

Vaak vervult de natuurkundig ingenieur een pioniersfunctie in de techniek is om met nieuwe innovaties te komen. Wanneer dit voldoende getest is, wordt de verdere verfijning, uitbouw, commercialisering en marketing opgepakt wordt door ingenieurs van andere disciplines. Natuurkundig ingenieurs treft men daarom vaak aan op de research en development afdelingen van hightech bedrijven (zoals in kwantumtechnologie, nucleaire techniek, optische techniek).

Door de breedte van het vakgebied is het mogelijk in zeer uiteenlopende gebieden af te studeren aan de universiteiten. Dit mede ook omdat met de tijd de technologie steeds aan verandering onderhevig is. In het Nederlandse hoger beroepsonderwijs is het aantal afstudeerrichtingen beperkter. Voorbeelden zijn besturingstechnologie, fotonica, medische technologie en de meer algemene toegepaste natuurkunde.

Het verschil tussen de studie aan de universiteit en aan het hbo is, dat een hbo-ingenieur met oplossingen komt vanuit reeds bestaande gevestigde kennis vanuit de natuurkunde, terwijl een academicus gebruik maakt van nieuwe kennis vanuit de natuurkunde.

Op een algemene universiteit bestaat ook de gewone opleiding natuurkunde. Het verschil met technische natuurkunde is

Nederland

De volgende universiteiten in Nederland bieden technische natuurkunde aan:

• Rijksuniversiteit Groningen

In 1957 stuurt de Rijksuniversiteit Groningen een brief naar het Ministerie van Onderwijs waarin wordt aangevraagd om promotie-examens voor Technische Natuurkunde in te stellen. In 1958 wordt dit verzoek geaccepteerd. Hoogleraren voor Natuurkunde en Scheikunde zijn makkelijk te vinden, maar voor Technische Natuurkunde is dit lastiger.

In november 1961 ontvangt Jan Carel Francken een brief van de benoemingscommissie waarin hem wordt gevraagd hoogleraar te worden. In die tijd werkt hij bij Philips aan de ontwikkeling van kleurentelevisie. Hij accepteert het verzoek en wordt op 3 juli 1962 benoemd tot hoogleraar. Zijn hoofdtaak is het opzetten van de studie toegepaste natuurkunde.

In het begin is de studie gehuisvest aan de Westersingel, maar door de snelle groei van het aantal studenten is uitbreiding nodig en uiteindelijk komen ze uit op de Antillenstraat. In 1968 verhuizen ze weer, dit keer naar de huidige locatie.

De studievereniging voor Technische Natuurkunde in Groningen is benoemd naar Jan Carel Francken: T.F.V. 'Professor Francken'. Ook is Francken het eerste erelid van de vereniging.

Hedendaags is de studie Technische Natuurkunde erg stabiel in Groningen en het is makkelijk nieuwe hoogleraren te vinden.

• Technische Universiteit Delft
• Technische Universiteit Eindhoven
• Universiteit Twente

IDe volgende hogescholen bieden technische natuurkunde aan:

• THRijswijk te Rijswijk, nu De Haagse Hogeschool te Delft
• Fontys Hogescholen te Eindhoven (sinds 1968)
• Saxion Hogescholen te Enschede
• Hogeschool van Amsterdam te Amsterdam (sinds september 2021)

Çankaya Köşkü

Çankaya Köşkü, ook bekend als het Çankaya-paleis, is een historisch en cultureel monument dat zich bevindt in het Çankaya-district van Ankara, de hoofdstad van Turkije. Het paleis heeft een rijke geschiedenis en speelt een belangrijke rol als symbool van de Turkse staat en de presidentiële macht.

Het Çankaya Köşkü-paleis werd oorspronkelijk gebouwd in 1924 en diende als de officiële residentie van de oprichter en eerste president van de Republiek Turkije, Mustafa Kemal Atatürk. Het architectonische ontwerp van het paleis is toegeschreven aan de Duitse architect Carl Christoph Lörcher. Het paleis is strategisch gelegen op een heuvel, met een panoramisch uitzicht over de stad Ankara. Het gebouw is opgetrokken in een neoklassieke stijl, die kenmerkend is voor die periode.

Gedurende de jaren heeft het Çankaya Köşkü-paleis meerdere renovaties en uitbreidingen ondergaan om te voldoen aan de eisen van de presidentiële functie. Het wordt omgeven door prachtige tuinen en landschapsparken, die bijdragen aan de serene en majestueuze uitstraling van het paleis.

Het paleis fungeert tegenwoordig nog steeds als de officiële residentie en werkplek van de president van Turkije. Het is een plek waar staatshoofden, diplomaten en andere belangrijke gasten worden ontvangen. Tevens worden er officiële evenementen, staatsbanketten en vergaderingen gehouden.

Naast zijn politieke betekenis is het Çankaya Köşkü-paleis ook een belangrijke toeristische attractie in Ankara. Bezoekers hebben de mogelijkheid om de prachtige architectuur te bewonderen, de weelderige tuinen te verkennen en een glimp op te vangen van de geschiedenis en het erfgoed van Turkije.

Binnenin het paleis bevinden zich verschillende kamers en zalen, ingericht met historisch meubilair, kunstwerken en memorabilia. Dit biedt bezoekers een unieke kans om het leven en de stijl van Atatürk en andere prominente Turkse leiders te ervaren.

Daarnaast heeft het Çankaya Köşkü-paleis ook een historische betekenis vanwege zijn rol tijdens belangrijke gebeurtenissen in de Turkse geschiedenis. Het diende als centrum van politieke besluitvorming en als locatie waar cruciale beslissingen werden genomen die het land hebben gevormd.

Het Çankaya Köşkü-paleis vertegenwoordigt een waardevol erfgoed dat de geschiedenis, cultuur en architectuur van Turkije belichaamt. Het is een symbool van nationale trots en herinnert aan de leiders die het land hebben gevormd. Jaarlijks ontvangt het paleis duizenden bezoekers die getuige willen zijn van de grootsheid en betekenis ervan.

Zijn leven

Miyagi werd geboren op 25 april 1888 in Higashimachi Naha te Okinawa. Zijn familie was rijk en bezat twee schepen, waarmee zijn familie handel dreef tussen Okinawa en China. Miyagi's oorspronkelijke naam was Matsu Miyagi. Op 5-jarige leeftijd stierf zijn vader, waarna Miyagi geadopteerd werd door zijn oom, die kinderloos was. Zijn oom veranderde zijn naam naar Chojun Miyagi. Miyagi was sterk van lichaam, dol op sport en kreeg vaak de reputatie toebedeeld een onhandelbare jongen te zijn. Verder was Miyagi weinig spraakzaam.

Toen Miyagi 11 jaar oud was begon hij zijn studie in karate bij meester Seisho Aragaki. Later introduceerde Seisho Aragaki hem bij meester Kanryo Higaonna, bij wie hij op 14-jarige leeftijd als leerling geaccepteerd werd, nadat hij eerst beproefd werd door zijn nieuwe meester. Onder meester Higaonna's begeleiding onderging Miyagi een lange en zware periode van training. Na veel toewijding verbeterde Miyagi zijn techniek. Miyagi werd goede vrienden met Kenwa Mabuni, die karate trainde bij meester Anko Itosu. Hij introduceerde hem bij zijn meester Higaonna. Van 1910 tot 1912 vervulde Miyagi zijn militaire dienst in de stad Miyakonojo gelegen in de Miyazaki Prefectuur van Japan. Zijn karatetraining werd hier tijdelijk door onderbroken. Miyagi was in totaal 11 jaar lang in de leer bij zijn meester Kanryo Higaonna.

Omdat Miyagi's familie de beschikking had over een schip, kon hij makkelijk naar China reizen. Miyagi zou een aantal keren naar China reizen om verder onderricht in de vechtkunst te verkrijgen. In mei 1915 reisde Miyagi naar de stad Fuzhou in China om Higaonna's leraar Ryu Ryu Ko te zoeken. Bij deze reis werd hij vergezeld door Eisho Nakamoto. In Fuzhou aangekomen ontdekten ze, dat de leraar van Higaonna reeds overleden was en de school waar hij lesgaf niet meer bestond. Wellicht kwam dit door de Bokseropstand van 1899-1901. Ze bezochten het graf van Ryu Ryu Ko om hun respect te bestuigen. Daarna bezochten ze verschillende kungfu-leraren. Ze verbleven er enkele maanden en keerden weer terug naar Okinawa. Terug in Okinawa bleek zijn meester Kanryo Higaonna gestorven te zijn. Miyagi betaalde de begrafeniskosten van zijn meester.

In oktober 1915 maakte hij een tweede reis naar Fuzhou, ditmaal samen met kungfu-meester Gokenki. Bij zijn tweede bezoek leerde hij de Rokkishu kata, van waaruit hij een nieuwe kata uit ontwikkelde, genaamd Tensho. Wat hij in China geleerd had voegde hij vervolgens samen met zijn Naha-te stijl en ontwikkelde van daaruit een nieuwe karatestijl.

Miyagi opende een nieuwe dojo. Hij zou bij deze dojo voor vele jaren les geven, wat hem een enorme reputatie als karateleraar zou opleveren. Ondanks zijn reputatie, lag zijn grootste prestatie in de popularisatie en organisatie van de onderwijsmethoden van karate. Hij introduceerde zijn karatestijl bij de Okinawaanse politie en bij de middelbare scholen. In 1929 stelde de Dai Nippon Butokukai (bestuursorgaan van de Japanse vechtkunsten), dat alle karatescholen in Japan zich moeten registreren. Miyagi registreerde zijn stijl onder de naam Goju-ryu, wat "hard zachte stijl" betekent. Zijn karatestijl Goju-Ryu werd de eerste stijl, die door de Dai Nippon Butokukai officieel erkend werd.

In 1926 richtte hij samen met Kenwa Mabuni, Choyu Motobu en Chomo Hanashiro de Ryukyu Tode Kenkyu-kai karateclub op van senior-leraren, die tot doel had het karate in al haar facetten te onderzoeken. Onder leiding van de oudste karateleraar Choyu Motobu, die tot de Okinawaanse adel behoorde, werd daar geregeld in karate getraind. Experts van diverse achtergronden trainden en gaven daar les.

Tijdens de Tweede Wereldoorlog werd Miyagi's dojo plat gebombardeerd.

Sommige van Miyagi's belangrijke leerlingen waren: Seko Higa (zijn oudste leerling en ook een leerling van Kanryo Higaonna), Miyazato Ei'ichi (grondlegger van de Jundokan dojo), Meitoku Yagi (grondlegger van de Meibukan dojo, die uiteindelijk Miyagi's gi en obi accepteerde van Miyagi's familie), Seikichi Toguchi (grondlegger van Shorei-kan Goju-ryu), en op het Japanse vasteland Gogen Yamaguchi, die de grondlegger was van de Internationale Karate do Goju Kai Associatie en die na getraind te hebben met Miyagi, de vertegenwoordiger van Goju-ryu karate in Japan werd. Later zou Gogen Yamaguchi veel tijd investeren om kata te leren onder Meitoku Yagi. Hij trainde ook met andere leerlingen, die later hun eigen stijlen zouden creëren, zoals Shimabuku Tatsuo (grondlegger Isshinryu karate).

Miyagi had zijn eerste hartaanval in 1951. Bij zijn tweede hartaanval op 8 oktober 1953 kwam hij te overlijden.

Karatestijl

Hij bracht enkele veranderingen aan in de kata Sanchin - de harde kata van Goju-ryu, en creëerde een nieuwe kata genaamd Tensho - de zachte kata van Goju-ryu. Deze kata's worden beschouwd de essentie van het Goju-ryu karate te bevatten. Van de hogere kata Suparinpei wordt gezegd dat het de volledige leerplan van Goju-ryu bevat. Shisochin was Miyagi's favoriete kata in zijn laatste jaren. Tensho was beïnvloed door de Witte Kraanvogel kata Ryokushu, die Miyagi leerde van zijn vriend Gokenki. Met het doel de verschillende karatestijlen te combineren (wat toen de trend was van die tijd), creëerde hij in 1940 ook meer Shurite-achtige kata's zoals Gekisai Dai Ichi en Gekisai Dai Ni. Hij creëerde deze kata's door technieken va hogere kata's te nemen (met name Suparinpei en hoge afweringen, die voor die tijd onbekend waren in Goju-ryu) en ze in te voegen in kortere kata's. Er word gezegd dat hij deze kata creëerde om het gat tussen de kata Sanchin en de kata Saifa te overbruggen, welke meer complexe technieken bevatten vergeleken met Sanchin.

In de populaire cultuur

In de The Karate Kid film series komt een karateleraar genaamd Miyagi voor, die een fictief familielid van Chojun Miyagi moet voorstellen. Het verhaal voor deze film werd geschreven door Goju-ryu beoefenaar Robert Mark Kamen, die bij het schrijven geïnspireerd werd door Chojun Miyagi.

Literatuur

• Miyagi, Chojun. "Karate-Do Gaisetsu. Outline of Karate-Do". March 23, 1934 (Showa 9). Reprint published in 1999 by Patrick McCarthy. Translated by Patrick and Yuriko McCarthy, 1993. Also in: Higaonna, Morio. "The History of Karate: Okinawan Goju-Ryu".
• Miyagi, Chojun. "Historical Outline of Karate-Do, Martial Arts Of Ryukyu". January 28, 1936. Translated by Sanzinsoo. In Japanese: "Ryukyu Kenpo Karatedo Enkaku Gaiyo", essay appeared in "Okinawano Karatedo" by Shoshin Nagamine (1975, Shinjinbutsu Oraisha) and "Okinawaden Gojuryu Karatedo" by Eiichi Miyazato (1979, Jitsugyono Sekaisha).
• Miyagi Chojun et al. "The Meeting of Okinawan Karate Masters" Fragment of the 1936 meeting records. Published as an Appendix of "Karatedo Dai Hokan", by Kanken Toyama. Pages 377-392 (Tsuru Shobo, 1960). (translated by Sanzinsoo)
• Miyagi Chojun. "Breathing In and Breathing Out in accordance with Go and Ju , a Miscellaneous Essay on Karate". First published in "Bunka Okinawa" Vol.3 No.6, August 15, 1942. Republished in "Chugoku Okinawa Karate Kobudo No Genryu" written by Masahiro Nakamoto, April 1, 1985 by Bunbukan. Translated by Sanzinsoo.

• Miyagi, Chojun: Toudijutsu Gaisetsu (Outline of Karatedo ) Chojun Miyagi, Original publication. Okinawa ©1933 - Japan. International Ryukyu Karate Research Society Yokohama Japan © 1934.
• Nakaima Genkai. "Memories of my Sensei, Chojun Miyagi". In: "Chojun Miyagi the Karate Master. His kindness is infinite. He preaches morality." in: local monthly magazine "Aoi Umi" No.70 February 1978 issue (pages 99–100) published by Aoi Umi Shuppansha. That special issue featured Okinawan karate masters. Fragment translated by Sanzinsoo.

Kwantumtheorie

Het basisprincipe van de kwantumtheorie is dat energie uit discrete waarden bestaan. De energie is gelijk aan een veelvoud van kwanta die alleen afhankelijk is van de frequentie.

In formulevorm:

$E=n\,h\,f$

Laserkoeling

Laserkoeling is een koeltechniek die gebruikmaakt van lasers om in een gas ultralage temperaturen te bereiken. Het waren de ontwikkelingen in de jaren tachtig op dit gebied die ten grondslag lagen aan de creatie van de eerste Bose-Einsteincondensaten in 1995.

Er bestaan meerdere technieken voor laserkoeling.

• Dopplerkoeling
• Sisyphus cooling
• Resolved sideband cooling
• Velocity selective coherent population trapping (VSCPT)
• Anti-Stokes inelastic light scattering (typically in the form of fluorescence or Raman scattering)
• Cavity mediated cooling
• Sympathetic cooling
• Use of a Zeeman slower

Hiervan is de eenvoudigste vorm de zogenaamde optische molasse, die het meest gebruikt wordt (zoveel zelfs dat het bekend staat als simpelweg "laserkoeling").

Dopplerkoeling

Het idee achter de techniek

Dopplerkoeling steunt in essentie op een drietal aspecten van de fysische wereld:

1. De snelheden van de deeltjes van een gas zijn verdeeld volgens een welbepaalde statistische verdeling (Boltzmannverdeling) die op een specifieke wijze met de temperatuur van het systeem kan verbonden worden.
2. De golf-deeltjes dualiteit van de kwantummechanica.
3. De wet van actie en reactie van Newton.

Uit het eerste punt kan worden afgeleid dat indien ervoor gezorgd wordt dat de deeltjes gemiddeld trager bewegen, de temperatuur van het systeem verlaagd is. Dit kan op twee manieren gerealiseerd worden; enerzijds kan men de deeltjes die het snelst bewegen uit het systeem verwijderen en zo de gemiddelde snelheid en dus temperatuur van het systeem verlagen, dit is de basis waarop evaporatieve koeling gebaseerd is. Anderzijds kan men de snelheid van alle deeltjes gemiddeld verlagen. Dit is waar bij laserkoeling op gesteund wordt.

Hiervoor wordt de frequentie van het licht van een laser een klein beetje onder de excitatie-energie van de gebruikte atomen gekozen. Indien de atomen tegen de laserbundel in bewegen zorgt de blauwe dopplerverschuiving ervoor dat de frequentie van het laserlicht dichter bij de excitatie-energie komt te liggen zodat deze atomen gemakkelijker de fotonen zullen absorberen. Indien ze echter met de bundel meebewegen treedt er een rode dopplerverschuiving op zodat de kans kleiner wordt dat de atomen fotonen zullen absorberen. Tijdens het absorberen van een foton moet er behoud van impuls zijn zodat in het eerste geval de atomen afgeremd zullen worden en in het tweede geval versneld. Omdat er door de dopplerverschuivingen meer atomen zullen zijn die worden afgeremd dan versneld is het volledige effect of het gehele systeem een gemiddelde afremming in de richting van de laserbundel.

Bij het vervallen uit de geëxciteerde toestand (na het absorberen van een foton) naar de grondtoestand wordt door het atoom een foton uitgezonden in een willekeurige richting. Door dit uitzenden van een foton moet wegens behoud van impuls het atoom ook een impulsverandering in de tegengestelde richting ondergaan.

Omdat dit proces zich vele malen herhaalt moet men zich geen zorgen maken om de bijdrage van het vervalproces, gezien het foton in een willekeurige richting wordt uitgezonden zodat het nettoresultaat van veel dergelijke vervallen voor het atoom op nul uitmiddelt.

Het netto resultaat van het gehele proces is dus een gemiddelde vertraging in één specifieke richting. Door gebruik te maken van zes lasers (naar links, rechts, voor, achter, beneden en boven) kan een algemene beweging afgeremd worden. Een dergelijke constructie wordt een optische molasse (of optisch rooster) genoemd.

Beperkingen

Het is echter niet mogelijk een gas op deze manier tot het absolute nulpunt af te koelen, of anders gezegd, alle atomen perfect tot stilstand te brengen.

Door de spontane emissie van fotonen (vervalgedeelte van het proces) en de kwantisatie van de energie van de fotonen($E=h\nu$) voeren de atomen een random walk uit in de impulsruimte, met stappen ter groote van de impuls van de fotonen. Dit veroorzaakt een opwarmingseffect dat de afkoeling tegen gaat en er zelfs een grens aan oplegt. De laagste temperatuur waarbij deze twee mechanismen elkaar in evenwicht houden wordt de Dopplertemperatuur genoemd. Dit is de laagste temperatuur die men met dopplerkoeling(het systeem met 6 lasers uit de vorige paragraaf) kan bereiken.

Wil men echter nog lagere temperaturen bereiken dan moeten andere technieken aangesproken worden. Men kan bijvoorbeeld gebruikmaken van de Sisyphuskoeling, genaamd naar de mythologische figuur Sisyphus, een laserkoelingstechniek waarbij men tot de zogenaamde recoil-limiet kan koelen.

Spintronica

Spintronica, ook bekend als magneto-elektronica, is een opkomende technologie, die de spin van het elektron en zijn magnetisch moment, naast zijn elektrische lading, gebruikt in elektronische componenten.

Geschiedenis

Spintronica ontstond uit ontdekkingen in de tachtiger jaren betreffende spin-afhankelijke elektron transport verschijnselen in vaste stof apparatuur. Dit omvat de observatie van spin gepolariseerde elektronen injectie van een ferromagnetisch metaal naar een normaal metaal door Johnson and Silsbee (1985), en de ontdekking van giant magnetoresistance onafhankelijk door Albert Fert et al. en Peter Grünberg et al. (1988). De oorsprong van spintronica kan zelfs eerder terug herleid worden tot de ferromagneet/supergeleidende tunneling experimenten voor het eerst uitgevoerd door Meservey en Tedrow, en initiële experimenten op magnetische tunnel juncties door Julliere in de zeventiger jaren. Het gebruik van halfgeleiders voor spintronica kan tenminste teruggevoerd worden tot de theoretische voorstelling van een spin veld-effect-transistor door Datta en Das in 1990.

Spintronica is voortgekomen uit vondsten in de jaren 80 met betrekking tot spin-afhankelijke elektronentransport verschijnselen in vaste stof apparatuur. Dit omvat de waarneming van spin-gepolariseerde elektronen injectie van een ferromagnetisch metaal een normaal metaal door Johnson en Silsbee (1985), [1] en de ontdekking van gigantische magnetoweerstand onafhankelijk door Albert et al. Fert. [2] en Peter Grünberg et al. . (1988). [3] De oorsprong van spintronica is terug te voeren nog verder naar de ferromagneet / supergeleider tunneling experimenten ontwikkeld door Meservey en Tedrow, [4] en de eerste experimenten op magnetische tunneljuncties door Julliere in de jaren 1970. [5] De gebruik van halfgeleiders voor spintronica kan worden teruggevoerd althans de theoretische voorstel van een spin field-effect-transistor door Datta en Das in 1990 [6].

In 2012, IBM scientists mapped the creation of persistent spin helices of synchronized electrons that persisted for more than a nanosecond. This is a 30-fold increase from the previously observed results and is longer than the duration of a modern processor clock cycle, which opens new paths to investigate for using electron spins for information processing.

In 2012 brachten IBM wetenschappers in kaart het creëren van blijvende spin-helices van gesynchroniseerde elektronen die langer duurt dan een nanoseconde. Dit is een 30-voudige toename van de eerder waargenomen resultaten en is langer dan de duur van een moderne processor klokcyclus, die nieuwe wegen opent naar onderzoek voor het gebruik elektronspins voor informatieverwerking. [7]

Theory

The spin of the electron is an angular momentum intrinsic to the electron that is separate from the angular momentum due to its orbital motion. The electron's spin is ${\frac {1}{2}}\hbar$, implying that the electron acts as a Fermion by the spin-statistics theorem. Like orbital angular momentum, the spin has an associated magnetic moment, the magnitude of which is expressed as

$m={\frac {\sqrt {3}}{2}}{\frac {q}{m_{e}}}\hbar$.

In a solid the spins of many electrons can act together to affect the magnetic and electronic properties of a material, for example endowing a material with a permanent magnetic moment as in a ferromagnet.

In many materials, electron spins are equally present in both the up and the down state, and no transport properties are dependent on spin. A spintronic device requires generation or manipulation of a spin-polarized population of electrons, resulting in an excess of spin up or spin down electrons. The polarization of any spin dependent property X can be written as

$P_{X}={\frac {X_{\uparrow }-X_{\downarrow }}{X_{\uparrow }+X_{\downarrow }}}$.

A net spin polarization can be achieved either through creating an equilibrium energy splitting between spin up and spin down such as putting a material in a large magnetic field (Zeeman effect) or the exchange energy present in a ferromagnet; or forcing the system out of equilibrium. The period of time that such a non-equilibrium population can be maintained is known as the spin lifetime, $\tau$. In a diffusive conductor, a spin diffusion length $\lambda$ can also be defined as the distance over which a non-equilibrium spin population can propagate. Spin lifetimes of conduction electrons in metals are relatively short (typically less than 1 nanosecond), and a great deal of research in the field is devoted to extending this lifetime to technologically relevant timescales.

A plot showing a spin up, spin down, and the resulting spin polarized population of electrons. Inside a spin injector, the polarization is constant, while outside the injector, the polarization decays exponentially to zero as the spin up and down populations go to equilibrium.

There are many mechanisms of decay for a spin polarized population, but they can be broadly classified as spin-flip scattering and spin dephasing. Spin-flip scattering is a process inside a solid that does not conserve spin, and can therefore send an incoming spin up state into an outgoing spin down state. Spin dephasing is when a population of electrons with a common spin state, precess at different rates, losing the common spin state over time. In confined structures, spin dephasing can be suppressed, leading to spin lifetimes of milliseconds in semiconductor quantum dots at low temperatures.

By studying new materials and decay mechanisms, researchers hope to improve the performance of practical devices as well as study more fundamental problems in condensed matter physics.

Metal-based spintronic devices

The simplest method of generating a spin-polarised current in a metal is to pass the current through a ferromagnetic material. The most common application of this effect is a giant magnetoresistance (GMR) device. A typical GMR device consists of at least two layers of ferromagnetic materials separated by a spacer layer. When the two magnetization vectors of the ferromagnetic layers are aligned, the electrical resistance will be lower (so a higher current flows at constant voltage) than if the ferromagnetic layers are anti-aligned. This constitutes a magnetic field sensor.

Two variants of GMR have been applied in devices: (1) current-in-plane (CIP), where the electric current flows parallel to the layers and (2) current-perpendicular-to-plane (CPP), where the electric current flows in a direction perpendicular to the layers.

Other metals-based spintronics devices:

• Tunnel magnetoresistance (TMR), where CPP transport is achieved by using quantum-mechanical tunneling of electrons through a thin insulator separating ferromagnetic layers.
• Spin-transfer torque, where a current of spin-polarized electrons is used to control the magnetization direction of ferromagnetic electrodes in the device.
• Spin-wave logic devices utilize the phase to carry information. Interference and spin-wave scattering are utilized to perform logic operations.

Spintronic-logic devices

Non-volatile spin-logic devices to enable scaling beyond the year 2025 are being extensively studied. Spin-transfer torque-based logic devices that use spins and magnets for information processing have been proposed and are being extensively studied at Intel. These devices are now part of the ITRS exploratory road map and have potential for inclusion in future computers. Logic-in memory applications are already in the development stage at Crocus and NEC.

Applications

Read heads of modern hard drives are based on the GMR or TMR effect.

Motorola has developed a first-generation 256 kb magnetoresistive random-access memory (MRAM) based on a single magnetic tunnel junction and a single transistor and which has a read/write cycle of under 50 nanoseconds. (Everspin, Motorola's spin-off, has since developed a 4 Mb version). There are two second-generation MRAM techniques currently in development: thermal-assisted switching (TAS) which is being developed by Crocus Technology, and spin-transfer torque (STT) on which Crocus, Hynix, IBM, and several other companies are working.

Another design in development, called racetrack memory, encodes information in the direction of magnetization between domain walls of a ferromagnetic metal wire.

There are magnetic sensors using the GMR effect.

Semiconductor-based spintronic devices

Ferromagnetic semiconductor sources (like manganese-doped gallium arsenide GaMnAs), increase the interface resistance with a tunnel barrier, or using hot-electron injection.

Spin detection in semiconductors is another challenge, which has been met with the following techniques:

• Faraday/Kerr rotation of transmitted/reflected photons
• Circular polarization analysis of electroluminescence
• Nonlocal spin valve (adapted from Johnson and Silsbee's work with metals)
• Ballistic spin filtering

The latter technique was used to overcome the lack of spin-orbit interaction and materials issues to achieve spin transport in silicon, the most important semiconductor for electronics.

Because external magnetic fields (and stray fields from magnetic contacts) can cause large Hall effects and magnetoresistance in semiconductors (which mimic spin-valve effects), the only conclusive evidence of spin transport in semiconductors is demonstration of spin precession and dephasing in a magnetic field non-collinear to the injected spin orientation. This is called the Hanle effect.

Applications

Applications such as semiconductor lasers using spin-polarized electrical injection have shown threshold current reduction and controllable circularly polarized coherent light output. Future applications may include a spin-based transistor having advantages over MOSFET devices such as steeper sub-threshold slope.

Magnetic-tunnel transistor: The magnetic-tunnel transistor with a single base layer, by van Dijken et al. and Jiang et al., has the following terminals:

• Emitter (FM1): It injects spin-polarized hot electrons into the base.
• Base (FM2): Spin-dependent scattering takes place in the base. It also serves as a spin filter.
• Collector (GaAs): A Schottky barrier is formed at the interface. This collector regions only collects electrons when they have enough energy to overcome the Schottky barrier, and when there are states available in the semiconductor.

The magnetocurrent (MC) is given as:

$MC={\frac {I_{c,p}-I_{c,ap}}{I_{c,ap}}}$

And the transfer ratio (TR) is

$TR={\frac {I_{C}}{I_{E}}}$

MTT promises a highly spin-polarized electron source at room temperature.

See also

• Magnonics
• Spin pumping
• Spin transfer
• Spinhenge@Home
• Spinplasmonics
• List of emerging technologies

de Broglie–Bohm theory

The de Broglie–Bohm theory, also called the pilot-wave theory, Bohmian mechanics, and the causal interpretation, is an interpretation of quantum theory. In addition to a wavefunction on the space of all possible configurations, it also includes an actual configuration, even in situations where nobody observes it. The evolution over time of the configuration (that is, of the positions of all particles or the configuration of all fields) is defined by the wave function via a guiding equation. The evolution of the wavefunction over time is given by Schrödinger's equation.

The de Broglie–Bohm theory is explicitly non-local: The velocity of any one particle depends on the value of the guiding equation, which depends on the whole configuration of the universe. Because the known laws of physics are all local, and because non-local interactions combined with relativity lead to causal paradoxes, many physicists find this unacceptable.

This theory is deterministic. Most (but not all) variants of this theory that support special relativity require a preferred frame. Variants which include spin and curved spaces are known. It can be modified to include quantum field theory. Bell's theorem was inspired by Bell's discovery of the work of David Bohm and his subsequent wondering if the obvious non-locality of the theory could be eliminated.

This theory results in a measurement formalism, analogous to thermodynamics for classical mechanics, which yields the standard quantum formalism generally associated with the Copenhagen interpretation. The measurement problem is resolved by this theory since the outcome of an experiment is registered by the configuration of the particles of the experimental apparatus after the experiment is completed. The familiar wavefunction collapse of standard quantum mechanics emerges from an analysis of subsystems and the quantum equilibrium hypothesis.

The theory has a number of equivalent mathematical formulations and has been presented by a number of different names. The de Broglie wave has a macroscopical analogy termed Faraday wave.