2 項進行中

115-1 選課時程

進行中

  • 初選第一階段 6/15 – 6/18
  • 初選第二階段 6/22 – 6/25
  • 校際選修 進行中 8/24 – 9/18
  • 初選第三階段 8/31 – 9/3
  • 開學後加退選 進行中 9/7 – 9/21
  • 逾期加退選 9/21 – 9/24
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自旋電子感測與智慧計算

Spintronics for Sensing and Computing

學期
115-1
學分
3 學分
當期課號
536080
永久課號
ENSS30025
開課單位
太空系統工程研究所、機械工程學系
授課教師
張存均
校區
光復
類別
選修
上課時間表
週一
7
15:30–16:20
自旋電子感測與智慧計算
EE229(光復)
3 節連堂
8
16:30–17:20
9
17:30–18:20

* 根據陽明交大上課時間表所列

概述

自旋電子學(Spintronics)利用電子自旋進行感測、資訊儲存與運算,已廣泛應用於磁場感測器、磁性記憶體、神經型態運算及量子感測等領域。本課程將介紹自旋電子學之基本物理原理、磁性薄膜材料、磁阻效應、自旋軌道耦合與磁化動力學等核心概念,並探討其於智慧感測與新型運算架構中的應用。 除理論基礎外,本課程強調實驗實作與研究訓練。學生將接觸磁性薄膜製備、磁性量測與自旋動力學分析技術,包括實際操作超高真空磁控濺鍍系統(Ultra-High Vacuum Magnetron Sputtering)、磁光克爾效應量測(Magneto-Optical Kerr Effect, MOKE)及自旋轉矩鐵磁共振量測(Spin-Torque Ferromagnetic Resonance, ST-FMR)等實驗平台,學習自旋電子元件從材料製備、元件特性分析到感測應用之完整研究流程。 課程亦將介紹磁阻式感測器、磁性記憶體、磁振子元件及新興量子磁感測技術,使學生掌握自旋電子感測與智慧計算之最新研究發展與未來趨勢。 課程目標 : 1. 理解自旋電子學之基本物理原理與磁性材料特性。 2. 熟悉GMR、TMR、STT、SOT等重要自旋電子效應及元件操作機制。 3. 瞭解磁性感測器、MRAM及新型智慧計算元件之設計原理與應用。 4. 學習磁性薄膜之製程技術與材料特性分析方法。 5. 實際操作超高真空磁控濺鍍系統(UHV Magnetron Sputtering),了解磁性薄膜與異質結構之製備流程。 6. 實際進行磁光克爾效應(MOKE)量測,分析磁滯曲線、磁異向性與磁化反轉行為。 7. 認識並操作自旋轉矩鐵磁共振(ST-FMR)量測系統,學習磁化動力學與自旋軌道力矩分析方法。 8. 培養進入自旋電子、磁性感測、量子感測及智慧計算相關研究領域之基礎能力。 Spintronics exploits the spin degree of freedom of electrons for sensing, information storage, and computation, and has been widely applied in magnetic sensors, magnetic memory devices, neuromorphic computing, and quantum sensing technologies. This course introduces the fundamental physical principles of spintronics, including magnetic thin-film materials, magnetoresistive effects, spin–orbit coupling, and magnetization dynamics. The course further explores the applications of spintronic devices in intelligent sensing systems and emerging computing architectures. In addition to theoretical foundations, the course emphasizes hands-on laboratory training and research-oriented learning. Students will gain experience in magnetic thin-film fabrication, magnetic characterization, and spin dynamics analysis through direct operation of advanced experimental platforms, including an Ultra-High Vacuum (UHV) Magnetron Sputtering System, Magneto-Optical Kerr Effect (MOKE) Measurement System, and Spin-Torque Ferromagnetic Resonance (ST-FMR) Measurement System. Through these activities, students will learn the complete research workflow of spintronic devices, from material synthesis and device characterization to sensing applications. The course also covers magnetoresistive sensors, magnetic memory technologies, magnonic devices, and emerging quantum sensing techniques, enabling students to understand the latest developments and future trends in spintronic sensing and intelligent computing. Course Objectives Upon successful completion of this course, students will be able to: Understand the fundamental physical principles of spintronics and the properties of magnetic materials. Explain the operating mechanisms of key spintronic effects and devices, including GMR, TMR, STT, and SOT. Understand the design principles and applications of magnetic sensors, MRAM, and emerging intelligent computing devices. Learn fabrication techniques and characterization methods for magnetic thin films. Operate an Ultra-High Vacuum (UHV) Magnetron Sputtering System and understand the fabrication processes of magnetic thin films and heterostructures. Perform Magneto-Optical Kerr Effect (MOKE) measurements and analyze magnetic hysteresis loops, magnetic anisotropy, and magnetization reversal behavior. Understand and perform Spin-Torque Ferromagnetic Resonance (ST-FMR) measurements for the investigation of magnetization dynamics and spin–orbit torques. Develop the fundamental skills required for research in spintronics, magnetic sensing, quantum sensing, and intelligent computing.

先修科目

1 普通物理 2 微積分 3 工程數學

備註

無備註

教學方式

1. 課堂講授 2. 期刊論文閱讀與討論 3. 實驗室儀器操作 (1)超高真空磁控濺鍍系統(UHV Magnetron Sputtering) (2)磁光克爾效應量測系統(MOKE) (3)自旋轉矩鐵磁共振量測系統(ST-FMR) 4. 專題研究報告 (1)分組或個人專題 (2)實驗數據分析 (3)口頭報告與成果展示

評分方式

課堂參與及出席 10% 作業(Homework) 30% 期中考試(Midterm Exam) 30% 專題實作報告(Project Report) 30%

課程大綱

教師未提供此項資料

週次計畫
週次主題
第 1 週

Fundamentals of Spintronics 自旋電子學概論

時數:[2026-09-07]張存均(0.00)
第 2 週

Fundamentals of Magnetic Materials and Magnetization Dynamics 磁性材料與磁化動力學基礎

時數:[2026-09-14]張存均(0.00)
第 3 週

Principles of GMR/TMR and Magnetic Field Sensors GMR/TMR原理與磁場感測器

時數:[2026-09-21]張存均(0.00)
第 4 週

Magnetic Tunnel Junction (MTJ) Devices and MRAM Technologies MTJ元件與MRAM技術

時數:[2026-09-28]張存均(0.00)
第 5 週

UHV Magnetron Sputtering and Magnetic Thin-Film Fabrication UHV磁控濺鍍系統與磁性薄膜製程實做

時數:[2026-10-05]張存均(0.00)
第 6 週

UHV Magnetron Sputtering and Magnetic Thin-Film Fabrication UHV磁控濺鍍系統與磁性薄膜製程實做

時數:[2026-10-12]張存均(0.00)
第 7 週

UHV Magnetron Sputtering and Magnetic Thin-Film Fabrication UHV磁控濺鍍系統與磁性薄膜製程實做

時數:[2026-10-19]張存均(0.00)
第 8 週

(放假)

時數:[2026-10-26]張存均(0.00)
第 9 週

Midterm Exam 期中考

時數:[2026-11-02]張存均(0.00)
第 10 週

Principles and Experimental Practice of Magneto-Optical Kerr Effect (MOKE) Measurements MOKE量測原理與實驗操作

時數:[2026-11-09]張存均(0.00)
第 11 週

Principles and Experimental Practice of Magneto-Optical Kerr Effect (MOKE) Measurements MOKE量測原理與實驗操作

時數:[2026-11-16]張存均(0.00)
第 12 週

Spin Currents, Spin Hall Effect, and Spin-Orbit Torque (SOT) 自旋流、自旋霍爾效應與SOT

時數:[2026-11-23]張存均(0.00)
第 13 週

Laboratory Practice: Spin-Torque Ferromagnetic Resonance (ST-FMR) Measurements ST-FMR量測實驗操作

時數:[2026-11-30]張存均(0.00)
第 14 週

Laboratory Practice: Spin-Torque Ferromagnetic Resonance (ST-FMR) Measurements ST-FMR量測實驗操作

時數:[2026-12-07]張存均(0.00)
第 15 週

Spintronic Neuromorphic Computing 自旋電子神經形態運算

時數:[2026-12-14]張存均(0.00)
第 16 週

Final Project Demonstration and Presentation 期末專題報告

時數:[2026-12-21]張存均(0.00)
教科書

1. Introduction to Spintronics (Second Edition) Authors: Supriyo Bandyopadhyay, Marc Cahay Publisher: CRC Press Year: 2015 ISBN: 978-1482216449 2. Spin Current Editor: Sadamichi Maekawa Publisher: Oxford University Press Year: 2012 ISBN: 978-0199600381

Office Hours
地點
工五館421
時間
每週三 下午 15:00~17:00
聯絡方式
changtc@nycu.edu.tw 校內分機55131