自旋电子学是近些年来在半导体电子学和磁电子学基础上发展起来的一门新兴交叉学科
自旋电子学与自旋器件
自旋电子学与自旋器件自旋电子学是一门研究自旋电子在材料中运动和相互作用的学科，自旋器件则是通过利用自旋电子在材料中的特性设计和制造的电子器件。
本文将探讨自旋电子学的基本概念、自旋器件的分类以及其在现代科技领域的应用。
一、自旋电子学的基本概念自旋是电子的一种属性，类似于地球上物体的旋转。
电子的自旋可以看作是围绕其自身轴心旋转产生的磁矩。
自旋电子学研究的重点在于如何控制和利用电子的自旋，以实现信息的存储和传输。
在自旋电子学中，自旋电子可以被视为一种具有两个自旋态的粒子，即自旋“上”和自旋“下”。
通过施加磁场或利用特殊材料的相互作用，可以使电子在两种自旋态之间进行转换，这就是自旋翻转。
二、自旋器件的分类根据自旋器件的功能和工作原理，可以将其分为自旋阀、自旋场效应器件和自旋传感器。
1. 自旋阀自旋阀是利用自旋选择性的非磁性材料与磁性材料之间的界面耦合效应，实现电子自旋的注入和控制。
自旋阀可以用于构建自旋电子学器件中的自旋输运和调控单元。
2. 自旋场效应器件自旋场效应器件是一种利用电场调控电子自旋输运的器件。
它通过在材料中引入外加电场，调节自旋电子在材料中的能级分布，从而控制电子的自旋转变和输运。
3. 自旋传感器自旋传感器是一种利用自旋电子特性感测外部物理量或环境变化的器件。
通过监测自旋电子在材料中的状态变化，可以实现对温度、磁场、电压等物理量的测量和监测。
三、自旋电子学在现代科技领域的应用1. 自旋磁电子学自旋磁电子学是自旋电子学的一个重要研究方向。
它利用自旋自旋转变和磁性材料的相互作用，实现磁性存储器件和磁性传感器的控制与调节。
自旋磁电子学在信息存储、计算和通信等领域具有广泛的应用前景。
2. 自旋输运与量子计算自旋输运是自旋电子学的核心内容之一，其目标是实现自旋信息的传输与控制。
自旋电子学中的自旋传输和调控单元可以用于构建量子比特和量子电路，用于实现量子计算和量子通信。
3. 自旋电子学与磁效应材料自旋电子学与磁效应材料的研究相互关联，相互促进。
材料物理学中的自旋电子学研究
材料物理学中的自旋电子学研究自旋电子学是材料物理学的一个重要领域，研究的是自旋在电子输运和磁性行为中的角色。
自旋电子学研究旨在探索和利用电子自旋在材料中的属性和交互作用，以开发出新颖的器件和技术。
在本文中，我将介绍自旋电子学的背景、研究领域和一些典型的研究成果。
自旋是电子的量子性质之一，类似于旋转角动量。
自旋电子学的关注点在于电子自旋的控制和操纵。
传统的电子学中，主要研究电子的荷电性质，而忽视了自旋对电子行为的影响。
然而，近年来的研究表明，自旋在电子材料中起着重要的角色，可以用来控制和传输信息。
自旋电子学的研究目标之一是实现自旋转换器件，将自旋作为信息的载体，而不是仅仅利用电荷。
在自旋电子学中，研究的一个重要问题是自旋注入。
自旋注入是将自旋极化的电子注入到材料中的过程。
通过调节外部磁场或电流，可以实现自旋电子的注入，并在材料中传输和操纵自旋。
自旋注入技术为自旋电子学研究提供了基础，并在实现自旋器件和自旋存储器方面取得了重要进展。
另一个研究方向是自旋霍尔效应。
自旋霍尔效应是一种自旋依赖的电荷输运现象，它在材料中产生横向自旋极化和电荷分离。
自旋霍尔材料可以实现自旋电流的导向和控制，并且在自旋电子学应用中具有重要意义。
自旋霍尔效应的研究成果也为自旋电子学提供了许多新的材料和器件设计思路。
还有一些其他重要的自旋电子学研究方向，如自旋电流激发的磁性行为、磁性材料中的自旋输运和磁矩动力学等。
这些研究方向都涉及到电子自旋在材料中的相互作用和传输，以及其对材料性质的影响。
通过研究这些现象，可以深入理解自旋电子学的基本原理，并开发出一系列具有潜在应用的新材料和器件。
在自旋电子学领域已经取得了一些重要的研究成果。
例如，利用自旋注入技术，已经实现了自旋转换器件，用于传输和操纵自旋信息。
另外，利用自旋霍尔效应，实现了自旋电流的控制和导向，为自旋电子学应用提供了新的途径。
此外，还有一些研究成果表明，通过控制材料结构和界面，可以实现自旋相关现象的调控和增强。
自旋电子学的发展及其应用
自旋电子学的发展及其应用自旋电子学是一种新兴的研究领域，它涉及到自旋在电子学中的应用。
自旋电子学的发展可以追溯到20世纪60年代，当时科学家发现自旋可以在半导体中传递电信号。
然而，这个领域的真正飞跃是在21世纪初，随着新型材料和技术的发展，自旋电子学开始迎来了蓬勃的发展。
本文将从自旋电子学的基础原理、材料和技术发展、以及自旋电子学在实际应用中的优势等方面，详细介绍自旋电子学的发展及其应用。
一、自旋电子学的基础原理自旋电子学是基于自旋的量子属性，研究自旋在材料中的行为和特性，包括自旋的产生、传输、控制和检测。
自旋是电子的一种固有属性，可以看作是电子围绕自身旋转的一种特殊运动状态。
自旋有两种可能的取向，即上自旋和下自旋。
在外磁场的作用下，上自旋和下自旋的能量不同，因此可以通过磁场来控制自旋的取向。
二、自旋电子学的材料和技术发展随着自旋电子学的不断发展，研究人员已经发现了一些材料，这些材料具有优异的自旋特性，例如：铁磁性材料、半导体材料、自旋霍尔效应材料等。
在技术方面，研究人员已经发明了一些新的技术，例如：磁隧道结构技术、磁电阻技术、磁性记忆技术等，这些技术为自旋电子学的发展提供了有力的支持。
三、自旋电子学的应用自旋电子学已经被广泛应用于电子学和信息技术领域，具有广泛的应用前景。
下面列举了一些自旋电子学的应用：磁性存储器：磁性存储器是自旋电子学应用的一种重要形式，它可以实现高速读写、高密度存储和低功耗等优点。
自旋电子器件：自旋电子器件是利用自旋电子学的原理设计的器件，它具有高速、低功耗、稳定性好等特点，可以应用于处理器、存储器和通信设备等领域。
自旋电子输运：自旋电子输运是指利用自旋电子学的原理，设计实现一些新型的电子器件和传感器，用于探测、测量和传输电信号，例如自旋电荷泵、自旋输运晶体管等。
自旋电子学在量子计算中的应用：量子计算是一种全新的计算方式，自旋电子学中的自旋量子位可以用来存储量子信息，实现量子计算。
创建技术平台 发展西部科技——记陕西师范大学物理学与信息技术学院教授潘明虎
创新之路Way of Innovation 潘明虎和博士后导师薛其坤院士等合影（左1为苏州大学李青教授，左2为薛其坤院士，左3为天津大学马丽颖副教授）新材料的探索以及相关凝聚态物理的研究，是催生技术革命和产业化飞跃发展的重要催化剂。
半导体物理和硅材料的研究导致了上一次工业革命，促进了计算机产业和信息产业的飞速发展，对人类的科技进步产生了无法估量的重大影响。
如今，新型的二维碳基材料——石墨烯，同样在国际上催生了一股研究二维电子材料的热潮。
历任橡树岭国家实验室纳米相材料与科学中心研究员、华中科技大学物理学院教授等职位的陕西师范大学物理学与信息技术学院教授潘明虎，长年深扎石墨烯等二维材料、强关联过渡金属氧化物和纳院院士E.W.Plummer等建立了长期的科研合作关系。
潘明虎用常压化学气相沉积法制备的高质量的单层氮掺杂的石墨烯，发现和确认了一种独特的双氮掺杂构型，在国际上首次展示了通过增强拉曼散射信号，氮掺杂石墨烯可以用来有效地探测有机分子。
他还首次成功地观察和测量了化学气相沉积法制备的石墨烯纳米带的边缘结构和边缘电子态，石墨烯纳米带的边缘结构缺陷可以极大地影响和改变边缘电子结构。
他的研究从实验和理论上证实了边缘上的缺陷结构会引起边缘电子态的自旋极化。
不止于此，在化学气相沉积法制备的石墨烯中，潘明虎引入化学吸附的硼原子，可以诱导产生局域自旋磁矩，并通过扫描隧道显微镜，在原子尺度上测量出局域自旋态，观察到了局域自旋在石墨烯中的分布、叠加等现象。
由于缺乏能带带隙，石墨烯制成的场效应管（F E T）只有很低的开关比。
尽管在石墨烯中可以通过各种方法形成能隙，比如制成石墨烯纳米结构，采用化学功能团改性，或是给石墨烯双层膜施加高电场。
然而，这些方法会导致严重的迁移率退化或需要非常高的偏置电压。
另一方面，石墨烯是不太可能产生磁性的。
尽管理论预测在石墨烯的边缘、畴界、点缺陷如空位可以产生磁矩，然而一直缺乏有效的实验证据，这使得石墨烯在磁电子学（自旋电子学）领域无法应用。
自旋电子学简介
自旋电子学简介一、什么是自旋电子学？自旋电子学是电子学的一个新兴领域，其英文名称为Spintronics，它是由Spin和Electronics两词合并创造出来的新名词。
顾名思义，它是利用电子的自旋属性进行工作的电子学。
早在19世纪末，英国科学家汤姆逊发现电子之后，人们就知道电子有一个重要特性，就是每一个电子都携带一定的电量，即基本电荷（e=1.60219x10-19库仑）。
到20世纪20年代中期，量子力学诞生又告诉人们，电子除携带电荷之外还有另一个重要属性，就是自旋。
电子的自旋角动量有两个数值，即±h/2。
其中正负号分别表示“自旋朝上”和“自旋朝下”，h是量子物理中经常要遇到的基本物理常数，称为普朗克常数。
通过对电子电荷和电子自旋性质的研究，最近在电子学和信息技术领域出现了明显的进展。
这个进展的重要标志之一就是诞生了自旋电子学。
在传统的电子学中，数据处理集成电路所用的是半导体中电子的电荷，但并不是说电子的自旋自由度以前从没有用过，例如传统的数据存储介质，如磁盘，用的就是磁性材料中电子的自旋。
事实上，半导体中有很多类型的自旋极化现象，如载流子的自旋，半导体材料中引入的磁性原子的自旋和组成晶体的原子的核自旋等等。
从某种意义上说，已有的技术如以巨磁电阻（GMR）为基础的存储器和自旋阀都是自旋起作用的自旋电子学最基本的应用。
但是，其中自旋的作用是被动的，它们的工作由局域磁场来控制。
这里所指的自旋电子学则要走出被动自旋器件的范畴，成为基于自旋动力学的主动控制的应用。
因为自旋动力学的主动控制预计可以导致新的量子力学器件，如自旋晶体管、自旋过滤器和调制器、新的存储器件、量子信息处理器和量子计算。
从这个意义上说，自旋电子学是在电子材料，如半导体中，主动控制载流子自旋动力学和自旋输运的一个新兴领域。
已经证明，通过注入、输运和控制这些自旋态，可以执行新的功能。
这就是半导体自旋电子学新领域所包含的内容，它涉及自旋态在半导体中的利用。
自旋电子学中的一些新进展
自旋电子学中的一些新进展近年来，自旋电子学这个领域受到了越来越多的关注。
自旋电子学的基础是电子的自旋，既可以作为电子自由度的扩展，也可以作为一种新的信息储存和传输方式。
自旋电子学应用在磁学、半导体、量子信息等领域，为这些领域的发展带来了新的契机。
在这篇文章中，我们来探讨一些自旋电子学的新进展。
一、磁化反转的动力学过程磁电子学是自旋电子学的一个重要应用领域。
磁性材料在外加磁场的作用下会发生磁化反转，这个过程是由磁矩朝着外加磁场方向旋转的。
磁化反转的动力学过程是很复杂的，近年来，科学家们通过自旋动力学模拟来研究磁化反转的过程。
他们发现，在磁化反转的过程中，磁矩会先发生预转动，然后才会开始实际的翻转。
预转动是在磁矩和外场方向之间产生的能垒被扫除之后发生的。
磁矩的预转动对于磁矩翻转的速度和磁矩的能量耗散起到了重要的作用。
二、新型材料的设计金属自旋电子学是自旋电子学的另一个重要应用领域。
与传统的半导体相比，金属自旋电子学的一个优点是电子的动力学时间比较短，因此，可以获得更高的操作速度。
研究人员们设计了一种新型的平面磁化存储器。
这种存储器的设计基于铁、铬和铂三种金属的叠层结构。
这个结构具有极高的磁性，可以在高温下稳定工作，还具有很高的热稳定性。
三、注入自旋的研究自旋注入是自旋电子学中的一个非常重要的领域。
自旋注入是将自旋电子引入材料中，从而实现新型电子元器件和存储器等的制造。
近年来，研究人员们在自旋注入的研究中做出了一定的进展。
他们提出了一种新的自旋注入机制，即在光场中引入电场。
这种机制可以增强电子和光子之间的耦合，从而实现更高效的注入。
四、磁性材料的快速交换磁性材料的快速交换是实现自旋电子学应用中的一个重要问题。
近年来，科学家们发现了一种新型的磁性材料，在这种材料中，磁矢的快速交换比在普通磁性材料中要快得多。
这种材料的优势在于，可以用来制造能够更快地进行翻转的磁性存储器和转换器。
五、量子自旋交叉的研究量子自旋交叉是自旋电子学中一个新的领域。
半导体材料中的自旋电子学研究
半导体材料中的自旋电子学研究自旋电子学是一种新兴的物理学领域，它利用自旋作为信息传输的载体，在构建新型电子器件和磁存储技术方面具有广泛应用前景。
半导体材料是自旋电子学研究的重要领域之一，自旋电子学的研究需要在半导体材料中探索自旋-电荷耦合的作用，进而设计和制备高效的自旋电子器件和磁储技术。
一、半导体中的自旋电子学研究背景自旋电子学是在传统的电子学研究的基础上发展而来的新型领域，其研究对象是电子自旋和自旋携带信息的传输和控制。
半导体材料是自旋电子学研究的重要研究领域之一，因为半导体材料具有良好的电子传输性质和可控制造性质，从而使其在自旋电子学研究中有广泛的应用。
传统的自旋电子学研究主要集中在金属材料中，但金属材料的自旋-轨道耦合很小，很难实现高效的自旋电子器件的制备。
而随着半导体复合材料的研究逐渐成熟，半导体中的自旋电子学研究日益受到人们的重视。
半导体中的自旋电子学研究可以在普通的半导体材料中实现强自旋电荷耦合，可用于许多自旋电子器件，如自旋输运、自旋逻辑门和自旋激发等器件的制备。
二、半导体中的自旋电子学实验半导体材料中的自旋电子学研究需要通过实验探讨自旋-电荷耦合的机制和特性。
实验的一般流程可分为三个部分：半导体样品的制备、自旋压电效应的测量和自旋输运的研究。
以下分别阐述这三个部分。
半导体样品的制备：实验中制作半导体样品采用的通常是Molecular Beam Epitaxy（MBE）技术，这种技术可实现单晶半导体薄膜的制备。
通过MBE技术可使半导体薄膜在砷化镓（GaAs）基底或氮化镓（GaN）基底上生长。
在合适的实验条件下，利用MBE技术可以得到生长良好的半导体薄膜。
自旋压电效应的测量：利用压电效应可以实现电子自旋和晶格的耦合，将压电效应引入半导体中可以探索自旋电子学的研究。
自旋压电效应是借助电场调节半导体材料中的导带和价带自旋矩阵元，从而实现电子自旋和晶格的耦合。
实验中通常采用示波器和磁场强度计来测量样品在不同电场下的自旋压电信号。
《自旋电子学》课件
探索自旋电子学在信息科学、纳米电子学和量子计算等领域的广泛应用。
自旋电子学的优势
详细阐述自旋电子学相较于传统电子学的优势和潜在价值。
自旋传输
1
自旋运输和操控
2
探索自旋如何在材料和器件中进行传输
和操控，为自旋电子学的应用提供支持。
3
自旋注入和探测
研究自旋如何被注入和探测，为后续自 旋运输和操控奠定基础。
自旋电场效应晶体管
介绍自旋电场效应晶体管的原理与设计， 展示其在信息处理中的潜力。
自旋器件
自旋触发器
介绍自旋触发器的原理与应用，探讨其在信息存储 和处理中的潜力。
自旋滤波器
详细阐述自旋滤波器的工作原理和应用场景，探讨 其在信息筛选中的优势。
自旋管
探索自旋管的原理与构建方法，展示其在自旋电子 学中的应用前景。
自旋电子学的未来
1 自旋电子学的发展趋 2 自旋电子学与量子计 3 自旋电子学在信息处
势
算的结合
理领域的应用
分析自旋电子学发展的趋 势和前景，展望未来的发 展方向。
探讨自旋电子学与量子计 算的结合，展示其在信息 处理领域的潜力。
详细介绍自旋电子学在信 息处理领域的具体应用， 展示其在实际应用中的优 势和挑战。
总结
自旋电子学的意义
总结自旋电子学的意义和重要性，强调其在信息科学领域的研究和应用价值。
自旋电子学的挑战
概述自旋电子学面临的挑战和难题，讨论未来的发展方向。
未来的方向
展望自旋电子学未来的发展方向，并提出进一步研究的建议。
自旋量子点
介绍自旋量子点的结构与特性，探讨其在量子计算 与信息处理中的潜力。
自旋电路与系统
自旋电子学
后来,人们设计出一种三明治结构,使相邻铁磁层的磁矩 不存在(或只存在很小的)交换耦合,则在较低的外磁场 下相邻铁磁层的磁矩能够在平行与反平行排列之间变 换,从而引起磁电阻的变化,这就是所谓的自旋阀结构 (spin valve).自旋阀结构的出现,使得巨磁电阻效应的应 用很快变为现实.
12-318出品
自旋电子学涉及的典型课题 a)如何有效地极化一个自旋系统，即如何获得自 旋极化相干态（包括自旋注入） b)系统的自旋极化相干态在输运过程中能保持多 长时间 c)如何有效地探测和操纵自旋状态以及自旋状态 的改变
12-318出品
理论部分 非对易量子力学
[xi , x j ]
i ijk
12-318出品
如果有磁通Φ穿过介观环 ,电子流过环时将发生干涉效应。 控制透射电子的自旋极化方向有两种方法 ,一科种方法是施加一定 大小的切向磁场 B,改变附加磁通的大小;另一种方法是选定附加磁 通的大小 ,调节切向磁场 B的大小。
既可以通过调节磁通也可以通过调节切向磁场来控制透射电子 的自旋极化方向 ,适当的调节可以使电子的自旋发生翻转。对于不 同的入射自旋态 ,这种装置可以用来控制极化自旋流或者充当自旋 开关
12-318出品
1995年,人们以绝缘层Al2O3代替导体Cr,在 Fe/Al2O3/Fe三明治结构中观察到很大的隧道磁 电阻(Tunneling Magnetoresis-tance,TMR)现象, 从而开辟了自旋电子学研究的又一个新方向.
12-318出品
12-318出品
•电子拥有自旋和电荷 •电子的逻辑装置采用电子的 带电性质 •电荷相互作用的能量在eV 级，而自旋相互作用在meV 级别 •基于电子的自旋性质的逻辑 运算的功率损耗要远小于基 于电荷性质的
量子纳米磁性材料和自旋电子学
量子纳米磁性材料和自旋电子学自旋电子学作为一门研究电子自旋和磁性行为的新兴学科，近年来在物理、材料等领域引起了广泛的关注。
自旋电子学的研究主要基于量子纳米磁性材料，这种材料可以更好地理解磁性行为和磁性记录技术，并给智能系统和信息技术带来了全新的发展机遇。
量子纳米磁性材料一般是具有磁性行为的微小颗粒，通常具有不足100纳米的大小。
这类材料通常呈多晶结构，并且颗粒之间的距离要远远小于各颗粒尺寸。
其磁性行为与其内部结构相关，因此也常常被称为“量子磁性材料”。
由于纳米材料可以单独处理，磁性特性的可控性和稳定性变得更好，同时纳米材料比宏观材料具有更高的表面积、更显著的量子力学效应以及更简单的热力学变化，因此具有更好的磁学表现和更广泛的应用前景。
自旋电子学是一种基于电子自旋和其与磁场相互作用的研究方向，主要关注如何利用自旋来传递和存储信息。
量子纳米磁性材料成为自旋电子学的理想研究对象，其中最具代表性的是自旋电荷共振（SCR）、自旋单极磁子（SMP）和自旋波（SW）等。
SCR是自旋电子学的重要组成部分之一，其可以通过电磁波场以及弹性波（磁压）场来激发。
通过外部电场或磁场的作用，SCR可以实现无损调制和转换。
SMP是指一个可操控的自旋磁矩，在物质中的长度比极短，只有几纳米，是一种非对称自旋构型。
SMP可以在非对称电磁场下频率可控地产生微弱的磁场来调控磁性，因其强磁性而具有在磁记录中的应用潜力。
另一种常见的自旋激发是SW，它是由许多个自旋磁矩围绕轴线旋转而形成的。
SW的振动频率决定于磁场强度和材料性质，因此可以用作高速自旋电子学器件的基础元件。
量子纳米磁性材料的自旋电子学性质在磁性记录技术、移动通信、生物传感等领域中具有广泛的应用前景。
例如，在磁性数据存储、磁性随机存储器和高速数字信号处理等领域，有望用于构造高效的存储器和处理器。
在磁性成像、生物传感和磁性成像等领域，自旋电子学也有着巨大的应用潜力。
例如，在磁共振成像和磁共振治疗中，自旋电子学可以有效地检测和研究生物系统中的磁性行为和生物反应。
物理学中的自旋电子学与自旋电子输运
物理学中的自旋电子学与自旋电子输运近年来，随着纳米科技的快速发展，自旋电子学作为一门新兴的跨学科研究领域，引起了物理学界的广泛关注。
自旋电子学主要研究电子的自旋特性以及与材料中的晶格结构和自旋轨道相互作用的关系。
自旋电子学的研究领域涵盖了自旋相关器件、自旋输运和自旋电子学材料等方面。
其中，自旋输运是该领域的核心问题之一。
自旋输运是指通过外加电场或磁场来操控电子的自旋状态，实现自旋信息的传输和处理。
与传统的电子输运不同，自旋输运中的电子不仅仅携带电荷，还携带着自旋信息。
在自旋电子学中，最重要的概念是自旋。
自旋是电子的一个内禀属性，类似地球围绕自转轴旋转一样。
电子的自旋可以有两个状态，即自旋上和自旋下。
这种自旋上和自旋下的超小量子态可以用来编码信息，实现自旋计算和存储。
因此，研究自旋电子学对于开发下一代信息存储与处理技术具有重要意义。
在自旋电子学领域，自旋输运的研究是非常关键的。
自旋输运可以通过材料的自旋轨道相互作用来实现。
自旋轨道相互作用是指电子的自旋与运动轨道的相互耦合。
这种相互作用使得电子的自旋方向受到了限制，从而影响了电子的输运行为。
自旋电子学中的自旋输运可以分为两种类型：弹性自旋输运和非弹性自旋输运。
弹性自旋输运是指电子在输运过程中不改变自旋状态。
非弹性自旋输运则是指电子在输运过程中发生自旋翻转。
研究者们通过设计特殊的材料结构和施加外加电场或磁场来控制自旋输运的过程，实现自旋的操控和传输。
自旋电子学的研究对于物理学的发展具有重要的影响。
通过自旋电子学的研究，科学家们可以开发出更小、更快、更高效的电子器件，实现更强大的计算和存储能力。
此外，自旋电子学的研究还有助于解决能源和环境问题。
例如，自旋电子学材料可以应用于磁性存储器件和磁性传感器，实现高密度数据存储和高灵敏度的磁场探测。
值得注意的是，自旋电子学研究领域还面临一些挑战。
首先，要寻找稳定的自旋电子学材料，并且能够在常温下实现自旋输运。
其次，要解决自旋输运中的自旋损失和噪声问题，提高自旋传输的效率和稳定性。
凝聚态物理学中的磁性与自旋电子学
凝聚态物理学中的磁性与自旋电子学凝聚态物理学是物理学的一门重要分支，研究物质的宏观性质，如固体、液体和凝聚态气体。
而其中一个重要的研究领域就是磁性与自旋电子学。
在这个领域中，研究者们致力于探索材料中的磁性行为和自旋电子的相互作用，以及如何利用这些技术来开发新的电子器件。
本文将介绍凝聚态物理学中磁性和自旋电子学的一些基本概念以及其在科学研究与技术发展方面的重要意义。
磁性是物质特有的一种性质，是由物质内部电子的自旋相互作用造成的。
自旋是电子的一种内禀属性，它类似于一个微小的磁矩，由于自旋的存在，物质会表现出磁性。
通过对材料中的自旋和磁矩进行研究，我们可以深入了解物质的结构和性质。
自旋电子学是磁性和电子学相结合的新兴学科，它是凝聚态物理学的研究热点之一。
自旋电子学的研究对象主要是半导体材料，通过控制自旋的定向和运动，可以实现信息的存储和传输。
自旋电子学的应用非常广泛，例如在磁存储器、磁传感器和自旋晶体管等器件中都有着广泛的应用。
近年来，磁性和自旋电子学领域取得了一系列重大突破。
在材料方面，一些新型材料的发现为磁性和自旋电子学的研究提供了新的平台。
例如，石墨烯材料具有独特的电子结构和磁性行为，被认为是新一代自旋电子学器件的理想候选材料。
此外，一些稀土金属化合物和铁基超导材料等也展现出了有趣的磁性和自旋电子学特性。
在技术方面，磁性和自旋电子学的突破已经为信息科学和技术带来了革命性的变化。
例如，利用磁性材料的特性，我们可以实现更高密度、更稳定的磁存储器。
通过调控磁性材料中自旋的方向和强度，我们可以实现更快速的数据传输和更低能耗的电子器件。
这些技术的发展将使得电子设备的性能大幅提升，并且为电子信息时代的到来奠定基础。
此外，磁性和自旋电子学还涉及到一些基本物理现象的研究，例如自旋霍尔效应和磁性共振等。
通过对这些现象的深入研究，我们可以更好地理解材料的电子结构和自旋行为，并且为开发新的量子材料和器件提供理论指导。
自旋电子学在物理芯片中的应用研究
自旋电子学在物理芯片中的应用研究自旋电子学是一项前沿科技，它利用电子的自旋来进行信息存储与传输。
该技术在物理芯片领域具有广泛的应用前景，可以大大提高芯片的性能和功能。
本文将就自旋电子学在物理芯片中的应用进行深入研究。
一、自旋电子学的原理与特性自旋电子学是一种基于电子自旋操控的新型电子学技术。
与传统的电子学技术相比，自旋电子学在信息存储和传输上有着许多独特的特性。
首先，自旋电子学可以实现高速的信息传输，因为电子的自旋可以在不受电流限制的情况下自由运动。
其次，自旋电子学可以实现非易失性存储，即信息可以长期保存而无需外界能量供应。
此外，自旋电子学还具有可扩展性和低功耗等优点，这使得它成为了未来物理芯片领域的重要研究方向。
二、自旋电子学在物理芯片中的应用1. 量子计算自旋电子学在量子计算领域具有巨大的应用潜力。
由于自旋具有自旋上下量子自旋态的特性，可以作为量子比特进行信息存储与传输。
借助自旋电子学的技术，可以实现更稳定、更高速、更多信息量的量子计算，有望在密码学、模拟器和优化问题等方面取得突破。
2. 磁性存储自旋电子学在磁性存储领域也具有重要的应用价值。
传统的磁性存储设备是基于电流操控磁性材料的，而自旋电子学可以通过操控电子自旋来实现磁性存储。
相比传统的磁性存储设备，基于自旋电子学的磁性存储具有更快的读写速度、更大的存储密度以及更低的功耗，能够满足现代物理芯片对存储容量和读写速度的要求。
3. 自旋霍尔效应传感器自旋电子学还应用于自旋霍尔效应传感器领域。
自旋霍尔效应是指当电流通过具有磁场的半导体材料时，会产生自旋极化电流。
基于自旋霍尔效应的传感器可以实现对磁场、电流和温度等参数的高灵敏度检测，因此在磁传感、自旋电子学体系和微纳电子学领域有着广泛的应用前景。
4. 自旋电流调制器自旋电流调制器是自旋电子学在物理芯片中的另一种重要应用。
通过操控外界磁场或电压，可以调控自旋电子的极化方向和强度，从而实现对电流的准确调控。
自旋电子学的基本原理与应用
自旋电子学的基本原理与应用自旋电子学是一门新兴的领域，它在电子学领域的研究与应用中正扮演着越来越重要的角色。
自旋电子学与传统电子学不同，传统电子学主要研究电子的电荷性质，而自旋电子学则关注电子的自旋性质。
本文将介绍自旋电子学的基本原理和一些相关的应用。
一、自旋电子学的基本原理自旋是电子的一种内部属性，类似于电子的“旋转”。
自旋的方向可以是上自旋或下自旋，分别用符号↑和↓表示。
自旋电子学的基本原理就是利用电子的自旋来进行信息传输和处理。
在自旋电子学中，一个重要的概念是“自旋转移”。
自旋转移是指自旋可以传递给其他自旋或被其他自旋传递的现象。
通过自旋转移，我们可以将自旋信息传递给其他电子或相邻的材料。
二、自旋电子学的应用自旋电子学的应用非常广泛，下面将介绍一些主要的应用。
1. 磁性存储器由于自旋可以被控制和读取，自旋电子学被广泛用于磁性存储器的研发和生产。
传统的硬盘驱动器和闪存存储器都是基于电荷存储的，而自旋存储器可以提供更高的存储密度和更快的读写速度。
2. 自旋振荡器自旋振荡器是一种利用自旋的预旋转来产生稳定振荡的器件。
自旋振荡器具有低功耗、小尺寸和高频率的特点，广泛应用于无线通信、雷达和声纳等领域。
3. 量子计算自旋电子学在量子计算领域也有广泛的应用。
通过将自旋作为量子比特，可以实现更快速、更稳定的量子计算。
自旋的长寿命和相对较强的耦合性质使其成为量子计算中的重要组成部分。
4. 自旋电子输运自旋电子输运是指用自旋来传递电荷和信息的过程。
自旋电子输运不仅能够提供更快的速度和更低的能耗，还可以实现自旋过滤、自旋操控和自旋转换等功能。
这些功能对于新型电子器件的设计和开发具有重要意义。
5. 自旋谷电子学自旋谷电子学是通过控制电子的自旋和谷自由度来实现新型电子器件的研究领域。
自旋谷电子学可以带来更强的自旋-轨道耦合效应和更多的自由度，从而增加了电子器件的灵活性和性能。
总结：自旋电子学作为一门新兴的学科，正在逐渐改变我们的科技世界。
电子器件中自旋电子学的研究和应用
电子器件中自旋电子学的研究和应用随着现代电子工业的不断发展，越来越多的电子器件涌入了市场并被人们广泛使用。
在这些电子器件中，自旋电子学正逐步崭露头角，成为一个备受瞩目的研究领域。
自旋电子学作为一种新兴的研究方向，既有基础理论的探索，也有实际应用的开发。
本文主要从自旋电子学的基础理论、实验方法和最新应用方面阐述其研究现状和未来展望。
一、自旋电子学的基础理论自旋电子学是基于自旋电子的特性来研究电子器件的一门学科。
所谓自旋，是指电子固有的一个属性，类似于电荷、质量等物理量。
与电子的电荷不同，自旋（通常用符号S表示）具有方向性，可以是“上旋”，也可以是“下旋”。
在自旋电子学中，人们不仅仅探讨电子的电荷属性，更加注重电子的自旋属性，并通过控制自旋属性，来实现电子器件的控制和调控。
基于自旋的电子器件，最初源于对磁性材料的研究。
人们发现，在磁性材料中，电子需要同时具有自旋和向心向力才能在材料中存在，而在非磁性材料中，电子只需要具有向心向力就能存在。
由此可以看出，自旋和磁场密切相关。
此后，人们逐渐发展出一系列基于自旋的电子器件，如自旋晶体管、磁隧道结等。
二、自旋电子学的实验方法自旋电子学要想得到开发和应用，就必须在实验上进行探索和研究。
由于自旋电子的特殊性质，需要研究人员在实验中掌握一些特殊的技术手段和控制方法。
以下是自旋电子学的几种实验方法。
1. 磁吸收实验磁吸收实验是自旋电子学中最重要的实验方法之一。
该方法是通过对样品施加微弱的外加磁场来测定电子的自旋方向，从而了解材料性质。
磁吸收实验可以反映出样品中自旋向上的电子数占总电子数的比例，从而测定出自旋极化率。
2. 磁性共振实验磁性共振实验也是自旋电子学中常用的实验方法之一，它是通过对样品在恒定的外加磁场下施加一定的射频场，使得处于磁共振状态的电子发生能量吸收和放出，进而测定样品的性质。
3. 光学反演实验光学反演实验是一种利用逆光学原理测量自旋元激发的方法，可以通过极化光在样品中传播后所产生的旋转角度，得出样品中自旋元的旋转方向。
自旋电子学的综述
自旋电子学及其在半导体中的应用摘要：自旋电子学主要研究电子自旋在固体物理中的作用，是一门结合磁学与微电子学的新兴交叉学科。
其研究对象包括电子的自旋极化、自旋相关散射、自旋弛豫以及与此相关的性质及其应用等。
本文简单介绍了自旋电子学的概念及其内容综述了自旋电子学目前的研究，尤其是半导体自旋电子学，集中讨论了使电子的自旋特性在半导体中获得应用，在半导体器件中实现自旋极化、注入、传送、操作和检测，最后对自旋电子器件的应用进行了展望。
关键词：自旋电子学自旋阀磁隧道结半导体自旋电子学一．名词解释1.自旋电子学[1](spintronics)也称为磁电子学，是一门磁学和微电子学相交叉的新兴的学科，它研究具有某一自旋状态(自旋向上或自旋向下)的电子的输运特性，是当前凝聚态物理的热点领域之一。
众所周知，电子除了带有电荷的特性外，还具有自旋的内禀特性，对于普通金属和半导体，自旋向上和自旋向下的电子在数量上是一样的，所以传统的金属电子论往往忽略电子的自旋自由度。
2.半导体自旋电子学[2]电子同时具有电荷和自旋两种属性，电子的电荷属性在半导体材料中获得极大的应用，推动了电子技术、计算机技术和信息技术的发展。
使电子的自旋特性在半导体中获得应用，在半导体器件中实现自旋极化、注入、传送、操作和检测，成为人们最关注的问题。
最初人们企图用铁磁金属与半导体材料直接欧姆接触，把极化自旋流注入到半导体材料中去，但是由于肖特基势垒太高，注入效率极低。
为了克服肖特基势垒，只有两个办法：寻找磁性半导体材料或利用隧道效应。
二．自旋电子学的起源1857年Thomson发现了在多晶结构的Fe中，具有各向异性磁电阻效应[3](anisotropy magnetore．sistance，AMR)，而传统的微电子学的研究对象是普通金属和半导体，所以在研究电子的输运过程中，往往忽略电子的自旋。
20世纪50年代人们在研究超导体时，将电子的自旋引入，认为参与超导输运的准粒子是费米面附近两个自旋相反，动量也相反的电子所组成的库柏对，建立了著名的BCS 理论，但是BCS理论虽然将电子的自旋自由度引入到输运过程中，但是在库柏对中，电子是成对出现的，并没有去严格区分两种不同自旋的电子在输运中的差别。
自旋电子学的理论基础
自旋电子学的理论基础引言自旋电子学是一门新兴的研究领域，它涉及到电子的自旋自由度在信息处理和存储方面的应用。
自旋电子学是在传统电子学的基础上发展起来的，它利用电子的自旋来操控信息，具有可观测性高、稳定性强等特点。
本文将介绍自旋电子学的理论基础，包括自旋自由度的基本概念、自旋-轨道耦合、自旋相关效应等内容。
自旋自由度的基本概念自旋是描述粒子围绕其轴向旋转的属性，它对应着一个角动量。
自旋自由度是指在给定的状态下，粒子可以具有的不同的自旋取向。
自旋自由度通常用量子数来描述，常见的有自旋1/2、自旋1等。
自旋自由度具有某种程度上的独立性，可以独立于粒子的运动状态存在。
自旋-轨道耦合自旋-轨道耦合是指在存在自旋和轨道运动的情况下，它们之间发生相互作用的现象。
自旋-轨道耦合可以由自旋-轨道相互作用引起，它涉及到电子的自旋与电子在原子核周围运动时，其轨道所感受到的磁场之间的相互作用。
自旋-轨道耦合对于自旋电子学的实现起着重要的作用，它可以使自旋自由度与其他自由度相互耦合，从而实现自旋的操控和传输。
自旋相关效应自旋相关效应是指自旋在物理现象中所表现出来的特殊性质。
其中比较重要的自旋相关效应包括自旋霍尔效应、自旋量子干涉效应、自旋翻转效应等。
这些效应都是基于自旋自由度的特殊性质展现出来的，在自旋电子学中具有重要的应用价值。
自旋霍尔效应自旋霍尔效应是指在存在磁场和电场的条件下，电子由于自旋和电荷之间的耦合，在横向电场作用下沿磁场方向产生的电荷流动。
这种效应在二维材料中特别显著，可以用于实现自旋电子学器件中的自旋输运。
自旋量子干涉效应自旋量子干涉效应是指当自旋自由度在空间中存在相干关系时，它在干涉实验中所表现出的特殊性质。
自旋量子干涉效应是自旋电子学中量子信息处理和量子计算的重要基础，可以用于实现自旋量子比特和量子逻辑门的操作。
自旋翻转效应自旋翻转效应是指在外部条件改变的情况下，电子的自旋发生改变的现象。
在自旋电子学中，自旋翻转效应可以用于控制自旋自由度的状态，实现自旋信息的读写和操控。
自旋电子学的基本原理及应用
自旋电子学的基本原理及应用自旋电子学是一门涉及自旋概念的科学，利用电子的自旋状态进行信息传递和存储。
它是物理学和电子工程学相结合的新领域，随着科技和工业的发展，自旋电子学的应用在日常生活中越来越广泛。
下面本文将从自旋电子学的基本原理和应用入手，为大家详细阐述这一主题。
一、自旋电子学基本原理1. 电子自旋与磁性电子是电荷与自旋的带电质点，而自旋是电子具有的一种内禀角动量。
在自旋量子数中，每个电子有两个可取值，即自旋向上为“↑”或自旋向下为“↓”。
在物理学中，磁性是由带电粒子产生的磁矩所引起的现象。
而电子的自旋就是带有磁矩的粒子，因此电子具有磁性。
2. 电子的自旋和磁性关系磁性和自旋有一定的关系，当电子自旋方向相同时，它们的电子磁矩向量相加，磁性比较强，反之当它们的自旋方向相反，相互抵消，磁性减小或消失。
对于固体中的电子，电子的自旋状态具有某种统计规律，即泡利不相容原理，两个具有相同自旋方向的电子无法占据同一个能级，而相反方向的电子可以互相占据同一个能级。
3. 自旋电子学的发展自旋电子学的起源可以追溯到20世纪初的氢原子实验，而自旋电子学真正成形是在上世纪60年代，在固体中发现了自旋共振现象后，自旋电子学得以研究和应用。
在几十年的发展过程中，自旋电子学在晶体电子学、磁学、材料科学、信息技术等领域中取得了显著的成就，如磁性存储器、自旋电子晶体管分别应用在计算机等电子设备中。
二、自旋电子学的应用1. 磁性存储器自旋电子学相关技术在磁性存储器领域得到了广泛的应用，如硬盘、U盘等，这些设备都是采用磁性记忆单元实现信息存储的。
在磁性存储器中，使用通过外部磁场操控电子自旋状态形成的自旋电流，可以读写和删除存储数据，速度比传统基于电子激发的方式快得多。
2. 自旋电子晶体管传统晶体管是一种通过控制电子通道中电子的电流实现电子信息处理的半导体器件。
与之相比，自旋电子晶体管不是依靠电流而是依靠自旋来控制电子的传输。
自旋电子晶体管的制作需要特殊的材料和工艺，优点是低功耗、高速率、量子系统等，被视为下一代半导体器件的最有前景的技术之一。
自旋电子学技术的发展趋势和应用
自旋电子学技术的发展趋势和应用自旋电子学技术是一种新兴的领域，它的发展趋势和应用前景值得关注。
在这篇文章中，我们将探讨自旋电子学技术的发展趋势和应用，以及它对我们的生活和社会的影响。
一、自旋电子学技术的发展趋势在过去的几十年间，自旋电子学技术已经取得了长足的进展。
目前，自旋电子学技术已经广泛应用于磁存储、磁传感、磁随机存储、磁存储器等领域。
未来，随着微电子和纳米技术的发展，自旋电子学技术将迎来更广阔的应用前景。
一方面，自旋电子学技术将继续向微纳米尺度下发展。
随着芯片尺寸不断缩小，自旋电子学技术将成为解决芯片小尺寸下存储和传输问题的重要手段。
另一方面，自旋电子学技术也将不断探索新的材料和结构，以实现更高的性能和更广泛的应用。
二、自旋电子学技术的应用1. 磁存储自旋电子学技术在磁存储领域的应用已经得到了广泛的应用。
通过将信息编码成磁场的极性和方向，可以实现高速和大容量的磁存储。
而自旋电子学技术则可以利用电子的自旋特性来实现更高的数据密度和更快的速度。
未来，自旋电子学技术也将成为实现更高效的磁存储技术的重要手段。
2. 磁传感自旋电子学技术在磁传感领域也有着广泛的应用。
通过利用电子的自旋特性，可以实现高灵敏度和高分辨率的磁传感器。
在一些特殊的环境下，如高温、高压等，传统的磁传感器难以工作，而自旋电子学技术则能够适应这些环境，并实现高精度的磁场探测。
3. 磁随机存储磁随机存储是一种新型的存储技术，它通过利用自旋电子学技术来实现高速和高稳定性的数据存储。
与传统的存储技术相比，磁随机存储可以实现更高的数据密度、更快的读写速度以及更低的功耗。
未来，随着芯片尺寸不断缩小，磁随机存储技术将成为实现更高效的存储方式的重要手段。
4. 磁存储器自旋电子学技术在磁存储器领域也有着广泛的应用。
通过利用电子的自旋特性，可以制备出高性能的磁存储器。
自旋电子学技术在存储器领域的应用已经被广泛研究和应用，未来也将继续得到发展和应用。
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自旋电子学是近些年来在半导体电子学和磁电子学基础上发展起来的一门新兴交叉学科。
丰富的物理内涵、明确的应用目标以及广阔的市场前景,自旋电子学已成为当今凝聚态物理和材料科学领域最为关注的方向之一。
其中,巨磁电阻的发现及在自旋器件上的应用是最有重大影响力的成果。
非易失性存储器和高密度磁存储器的诞生,不仅给基础研究注入了活力,更为市场带来了巨大的经济效益。
巨磁电阻研究的关键在于如何获得更为实用的低场室温磁电阻效应。
具有高自旋极化率的半金属材料,如掺杂锰氧化物,CrO2,Fe3O4等成为研究者的首选。
无论是提高半金属材料的内禀磁电阻,还是外禀磁电阻,都有着极大的研究和应用潜力。
研究表明,半金属颗粒复合体中,颗粒边界对低场磁电阻产生和增强有重要作用,调节颗粒边界势垒已成为颗粒体系中磁电阻增强的有效实验途径。
此外,掺杂锰氧化物中,3d/4d/5d 过渡族金属氧化物材料日益受到人们的关注。
在这类新型的磁电阻氧化物中,4d或5d金属离子较3d金属离子具有宽的d轨道和电子巡游特性,d电子与氧的2p电子存在较强的杂化作用。
自旋,轨道和晶格间的相互耦合,引起材料中大的电、磁响应以及巨磁电阻等丰富物理现象,为磁电阻材料研究范围的拓宽以及强关联电子体系中物理性质的探讨提供了新的实验依据。
另一方面,磁致冷技术的飞速发展使得凝聚态物理工作者越来越关注磁性材料的磁热效应。
传统的气体制冷存在众多的缺点,相比之下,磁制冷具有熵密度高、体积小、噪音小、无污染、高效低耗等独特优势。
磁制冷研究的关键在于获得室温附近大的磁热效应。
传统的金属钆（Gd）以及近年来报道的Gd5(Ge1-x Si x)4和La(Fe13-x Si x)等合金都是具有大磁熵变的磁性材料。
然而,这些材料中稀有金属的昂贵,化学性质的不稳定,居里温度单一,磁滞与热滞现象严重等因素,使得磁制冷技术的应用步履维艰。
值得注意的是,具有庞磁电阻的掺杂锰氧化物同样表现出了大的磁熵变效应,这一发现大大拓宽了磁制冷工质的研究范畴。
掺杂锰氧化物具有价廉、制备简单、居里温度在较大温区范围内可调等优点,使得其在磁制冷研究中关注程度日趋增加。
但这一材料也有其明显不足之处,如磁性能受制备工艺和掺杂影响较大。
因此,研究者仍在通过提高制备工艺等方法,努力探索具有实用价值的磁熵材料。
综合上述两方面的研究背景,本文的研究主要分为二个部分。
一,磁性氧化物磁输运性质的研究,包括半金属CrO2和Fe3O4颗粒边界磁电阻效应的研究,以及3d/4d过渡族金属氧化物Sr电磁性能,磁性相变和磁电阻的研究。
二,研究了半金属CrO2的磁热效应,以及多晶SrRu1-x Mn x O3中磁熵变随体系磁性相变的变化关系。
主要研究内容包括:1.磁性氧化物磁输运性质的研究（1）通过调节颗粒边界势垒状态,获得了室温Fe3O4颗粒中增强的磁电阻和磁阻抗效应。
系统研究了球磨Fe3O4粉末颗粒的电阻率、磁性能、磁电阻、磁阻抗与颗粒边界势垒的关系。
磁电阻和磁阻抗效应在优化的颗粒边界势垒样品中出现极大值。
室温磁阻抗效应在5000 Oe磁场下从-7.0%增加到了-12.3%,提高了近76%。
采用阻抗谱分析方法,将颗粒体系中晶粒、晶界和颗粒边界电阻加以分离,区分出晶粒和颗粒边界对磁输运性质的贡献。
通过非线性I-V曲线计算得到各样品中边界势垒高度和势垒宽度,详细讨论了磁输运与颗粒边界势垒状态的关系。
因此,这一增强的交流磁输运特性为高频自旋电子器件的开发提供实验依据。
（2）首次通过化学反应方法,改善半金属CrO2颗粒表面天然的Cr2O3势垒层,获得了低场磁电阻的显著增强。
相成分和表面态的测试结果表明,强氧化剂KMnO4能有效地去除或调整半金属CrO2颗粒表面绝缘的Cr2O3层,从而得到一系列具有不同表面态的CrO2颗粒,最大磁电阻达到MR=-33%,相比于未处理样品提高了近22%。
并对具有不同表面态CrO2颗粒的电、磁性能、磁电阻效应和颗粒间势垒性质作了较为系统的分析和讨论。
探索了一条用化学反应法调整颗粒表面势垒状态而获得低场磁电阻增强效应的有效实验途径。
（3）首次在实验上制备了具有正自旋极化率CrO2和负自旋极化率Fe3O4的二组元半金属颗粒复合体,研究了具有特殊微观结构半金属颗粒复合体的磁输运特性,并探讨了体系逾渗阈值、磁电阻效应与微观结构的关系。
我们发现随着CrO2组分的变化,复合体的电导发生逾渗现象,在逾渗阈值φc=0.15（CrO2组分浓度）处出现磁电阻的极小值。
详细研究了复合体逾渗阈值处电导和磁输运机制,分析了由异号自旋极化率的CrO2和Fe3O4组成的颗粒复合体磁电阻效应的特征。
（4）首次系统研究了3d/4d过渡族金属氧化物SrRu1-x Mn x O3（0≤x≤1）磁性相变和磁输运性质,发现了这一体系中低温-41%的磁电阻效应和居里温度附近-35%的磁电阻峰值,率先报道了多晶SrRu1-x Mn x O3中磁相变图。
3d金属离子Mn4+对4d钙钛矿氧化物SrRuO3的B位掺杂,驱使体系从金属性巡游铁磁体转变为绝缘性反铁磁体。
X-射线光电子能谱（XPS）测试表明,多晶样品中Mn和Ru离子主要以Mn4+和Ru4+价态为主,但存在少量的Mn3+和Ru5+离子价态。
详细研究了体系中多种磁性相的共存和相互竞争,如Mn3+-Mn4+(Ru5+)铁磁性相互作用,Mn-Ru铁磁性超交换作用,Mn4+-Mn4+及Ru-Ru反铁磁相互作用,以及由此导致的多晶SrRu1-x Mn x O3中复杂的磁性相变行为。
系统分析了不同温度下电、磁性质和磁场导致的磁性相变特征,对低温和居里温度处产生大的磁电阻效应物理机制作了深入探讨。
2.磁性氧化物中磁热效应的研究（1）首次研究了半金属CrO2颗粒中的磁熵变△S M和绝热温度变化△T ad,发现具有二级相变的CrO2材料表现出大的低场磁热效应:在1.5 T磁场下,磁熵变△S M达到-5.1 J/kg-K,绝热温度变化达到△T ad=2.0 K。
这一低场磁熵变在磁性氧化物中是比较可观的。
同时,还系统研究了不同颗粒尺寸CrO2的磁热效应。
运用分子场理论,朗道模型和德拜近似等方法,分析了具有二级相变CrO2材料中磁熵的来源,包括电子自旋,磁滞伸缩,电子熵变对整个磁熵变的贡献。
（2）首次研究了4d巡游金属性铁磁体SrRuO3和多晶SrRu1-x Mn x O3体系中磁热效应与磁性相变的关系。
结果表明,6.5 T磁场下,巡游铁磁体SrRuO3在居里温度160K处存在△S M=-2.5 J/kg-K的磁熵变和△T ad=3.1 K的绝热温度变化。
相对制冷率达到RCP=70 J/kg。
由于相变温度处SrRuO3晶格常数存在较大的变化,运用德拜近似计算,发现具有二级相变的SrRuO3材料晶格熵变在整个熵变中的重要性。
B位Mn离子的掺入,体系低温下出现自旋玻璃/团簇玻璃的磁性态,高温（-200K）出现反铁磁/顺磁的转变。
体系磁熵变强烈依赖于磁性相变,不同磁性相变温度处表现出系统的变化。
在铁磁-顺磁转变温度T c处和自旋冻结温度T f处均出现了负磁熵变△S M的峰值,而在反铁磁相变温度T N附近,出现了正的磁熵变△S p。
详细探讨了体系中磁熵变的物理机制以及Mn的掺入导致磁熵变随磁性能的变化【作者】张晓渝；【导师】李振亚；陈亚杰；【作者基本信息】苏州大学，凝聚态物理，2007，博士磁性氧化物磁输运和磁热效应的研究颗粒复合介质是指颗粒状的一种或几种材料无规分布在某种基质中而形成的新型复合材料。
由不同组分的材料形成颗粒复合介质后，可具有与组分物性差异很大的性质，展现出丰富的物理现象。
由于这种颗粒复合介质在实验上比较容易制备，对实际的应用提供了广阔的前景。
理论上对这种颗粒复合介质的研究成为凝聚态物理理论研究的一个热门课题，许多理论与实验学者都对这些颗粒复合介质产生了浓厚的兴趣。
其中金属磁性颗粒复合介质是指由超细的磁性颗粒无规分散在非磁性的金属基质中形成的一种合金。
该种颗粒复合介质是本文研究的重点对象，其中的磁性小颗粒的尺寸通常为几个到一百个纳米，它们无规地且与基质不相溶地分散在非磁金属基质中。
这种新型的金属磁性颗粒复合介质具有与磁性多层膜相类似的巨磁电阻效应（Giant MagnetoresistanceEffect）以及其它重要的磁学性质。
本文主要以发展新的理论计算方法及蒙特卡罗（Monte Carlo Simulation）计算机模拟来研究这种颗粒复合介质中的磁学性质和巨磁电阻效应。
当前，尽管人们已经开始利用金属磁性颗粒复合介质或磁性多层膜中出现的巨磁电阻效应制作一些应用的器件，但是理论上在微观尺度范围内对巨磁电阻效应的理解还有不清楚和不够深入的地方。
本文将着重研究金属磁性颗粒复合介质的磁学行为和巨磁电阻效应在外磁场作用下与磁性颗粒的尺寸、空间分布、浓度等的关系。
本文首先对这种颗粒复合介质中出现的各种磁化现象进行了讨论，并证实了体系中出现的磁滞现象和一些不可逆的磁化过程是由于在一定温度下被阻塞磁性颗粒磁矩的不可逆翻转造成的。
我们在区分了超顺磁颗粒和被阻塞的铁磁性颗粒对电子传导过程引起的不同效应后，发展了组合双通道模型与有效介质理论的方法，对电子在磁性颗粒间的自旋相关散射的微观过程作了统计物理的计算，得到了体系的巨磁电阻随外加磁场、颗粒浓度、温度等变化的关系。
我们在考虑了传导电子在不同磁性颗粒间散射时可能存在的微观过程，提出了一个宏观的统计唯象理论，解释了一些实验中磁电阻随温度的变化关系。
在推广的Gittleman 理论基础上，我们运用蒙特卡罗方法模拟了金属磁性颗粒复合介质中的巨磁电阻效应，发现在考虑磁性颗粒的尺寸分布以及它们之间的相互作用后，能够较胭解释实验中出现的一些巨戳电阻现象。
我们比较了系统在脯不同哈密顿量时的磁电阻变化关系，并在考虑了磁性颗粒间的相互作用后，比较了体系在不同维度和不同颗粒尺寸分布条件下的磁电阻效应。
我们发现宽化的颗粒尺寸分布是引起磁电阻偏离磁化强度二次方关系的一0个重要因素。
在梗拟戳性颗粒浓蠢电阻的影响时，我们将传导电子的微观0散射过程具体化，提出了将无规电阻网络与蒙特卡罗模拟相结合的施，由此得出了磁电阻随浓度的增加而出现了峰值，其峰顾应的浓度与实验上观测到的浓度范围相符，并比较了体系磁电阻随浓度的变化在二维及三维情形下的不同。
对于朋磁性颗粒复合体系的巨磁电阻效应，人们通常认为当外加磁场为零时，这些细小磁颗粒的磁矩无规分布在介质中，对于自旋方向向上及自旋方向向下的传导电子在介质中传导时，将受到杂乱无章取向的颗粒磁矩的散射，因而具摊高的电阻。
当外加一强磁场后，这娜粒磁矩将沿外加磁场的取向而排列。
这些有序化的磁矩排列对某一种自旋取向的传导电子将引起一种短路效应，从而使整体的电阻下降，产生了所谓的巨磁电腴应。