自旋电子学的研究与发展_鲁军政
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。
磁性材料的自旋电子学性质研究
磁性材料的自旋电子学性质研究自旋电子学是一门研究物质中自旋自由度的学科，对于磁性材料的研究具有重要意义。
自旋是电子的旋转运动，具有磁矩，因此可以操控磁性材料的性质。
本文将探讨磁性材料的自旋电子学性质研究的相关内容。
一、自旋电子学概述自旋电子学是一种将自旋作为信息传输和处理的载体的新概念。
在传统电子学中，主要利用电荷载流子来传递信息，而在自旋电子学中，不仅利用电荷，还利用了电子的自旋。
自旋电子学将自旋与磁性材料的磁性相结合，可以实现更低功耗、更高速度、更高存储密度的信息传输和处理。
二、自旋电子学中的自旋运动自旋电子学研究中关键的问题是如何操控电子的自旋。
在磁性材料中，由于自旋磁矩的存在，可以通过外加磁场或者电场来操控电子的自旋。
磁性材料中的自旋通常会在外加磁场的作用下发生进动，这种进动被称为Larmor进动。
通过调控外磁场的大小和方向，可以控制自旋的取向，从而实现自旋的操控。
三、自旋电子学在磁存储中的应用自旋电子学在磁存储领域有着广泛的应用。
传统的磁存储器件利用磁化方向的改变来储存信息，但是写入和读出信息需要外加磁场，存在能耗大、速度慢等问题。
而自旋电子学提供了一种新的思路，可以通过调控电子的自旋来实现磁存储。
自旋转换器件（spintronic device）可以将电荷转化为自旋，实现电流对磁化的直接控制。
自旋转换器件的应用可以提高磁存储的速度和能耗等方面的性能。
四、磁性材料的自旋电子学性质的研究方法磁性材料的自旋电子学性质的研究需要使用到一系列的实验技术和理论方法。
实验上，通过基于光子学、霍尔效应和傅里叶变换等方法来研究自旋电子学性质。
理论上，利用自旋动力学方程、自旋输运理论、自旋波理论等方法来研究磁性材料的自旋电子学性质。
这些方法可以帮助我们深入了解磁性材料中自旋自由度的行为规律，为磁性材料的应用提供理论指导。
五、展望磁性材料的自旋电子学性质在信息存储、传输和处理方面具有广泛的应用前景。
随着自旋电子学研究的不断深入，我们对磁性材料中自旋自由度的理解也将不断加深。
自旋电子学的研究及其应用
自旋电子学的研究及其应用自旋电子学是一门近年来不断发展壮大的物理学分支，在许多领域有着广泛的应用。
自旋电子学的本质是将电子的自旋作为信息存储和处理的基本单元，与传统的电荷电子学不同，自旋电子学主要研究自旋极化和磁性材料的物性等问题。
本文将围绕自旋电子学的研究和应用展开探讨。
自旋电子学的研究基础自旋电子学最早起源于20世纪50年代，当时电子学的主要研究方向是电子的电荷性质。
然而，在20世纪60年代初期，一些科学家发现，电子不仅有电荷，还有自旋。
自旋是电子特有的一种角动量，带有一定的磁性。
磁性的自旋可以看作是一种磁场，因此，自旋可以被用来控制磁性物质的电学性质，也可以被用来存储和传输信息。
自旋电子学的研究涉及到自旋的量子力学和自旋极化的物理化学等多个领域。
其中最关键的问题是如何将电子的自旋转化为可控制的电学信号。
经过多年的研究，科学家找到了一种用自旋控制电学信号的方法，就是通过自旋极化电流来控制材料的磁性，从而实现信息的存储和处理。
自旋电子学的应用自旋电子学的应用非常广泛，可以涉及到信息技术、能源、生物医学、环境保护等多个领域。
以下将列举几个自旋电子学的应用案例。
1. 磁性存储器磁性存储器是自旋电子学最主要的应用之一。
磁性存储器是一种通过自旋极化来实现信息存储和读出的储存设备。
磁性存储器可以用来存储各种类型的数据，如音频、视频、图像等。
目前，磁性存储器已经成为了大规模数据存储的重要工具。
2. 自旋电子器件自旋电子器件是一种通过自旋控制的电子设备。
自旋电子器件可以通过调节自旋极化来控制电子的输运、逆转和操纵等。
自旋电子器件可以广泛应用于电磁学、电子器件工程、物理化学等领域。
3. 磁性减震器磁性减震器是一种通过自旋极化来减少震动的设备。
磁性减震器可以通过磁场的作用将机台内部的震动缓解，从而减少机器的噪音和振动。
磁性减震器在机械工程、制造工艺等方面有广泛的应用。
4. 纳米磁性探针纳米磁性探针是一种通过自旋极化来探测材料结构和性质的工具。
《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
物理化学中的自旋电子学研究
物理化学中的自旋电子学研究自旋电子学是一门研究电子自旋在材料中的相互作用、调控及应用的交叉学科。
它涉及到物理、化学、材料、电子工程等多个学科领域。
近年来，随着人们对电子自旋的理解的深入以及技术手段的不断发展，自旋电子学领域得到了迅速的发展。
自旋电子学中的一个基本问题是如何控制电子的自旋方向。
目前，人们采用的主要方法是通过外加磁场、磁性材料、电场等手段来实现自旋的控制。
其中，使用磁性材料进行自旋控制的方法是最为常见的。
在自旋电子学中，存在着一些关键性的问题需要解决。
例如，如何实现高效的自旋电流注入，如何将自旋输运的距离加长，如何实现自旋电子器件的稳定性和可靠性等。
这些问题的解决将推动自旋电子学领域的发展，为电子器件的制备和应用提供更加广阔的发展空间。
除了基础研究外，自旋电子学还有非常广泛的应用前景。
例如，自旋电子学技术在磁存储中的应用，已经在硬盘和磁带等储存介质中得到了广泛应用。
此外，自旋电子学技术还可以用于传感器、可调谐滤波器、自旋电路、量子计算等领域。
在目前的研究中，自旋电子学最突出的应用是在磁存储中。
基于自旋电子学技术实现的磁存储介质，具有体积小、速度快、储存密度大等优点，已经在数据存储领域得到了广泛应用。
其中，磁多层膜薄膜结构是一种应用最为广泛的磁存储技术。
该技术将不同磁性的膜层互相叠加在一起，通过磁性相互作用来实现信息的存储和读取。
总的来说，自旋电子学作为一门新兴学科，在物理化学中扮演着重要的角色。
它不仅在基础理论研究中有着重要作用，而且在各个领域的应用前景广阔，具有重要的经济和社会价值。
随着技术的不断发展和创新，相信自旋电子学领域将会有更加广泛的发展和应用。
自旋电子学的研究及应用
自旋电子学的研究及应用自旋电子学是一门新兴的物理学科，它旨在探索电子自旋在材料中的物理现象和应用。
随着纳米技术的发展，自旋电子学已成为一个高度活跃的领域，尤其是在磁存储、量子计算和自然大气层探测等方面，都有着广泛的应用前景。
自旋电子学的研究初衷是为了更好地理解电子的结构和运动，以便更好地进行电子设备的设计和制造。
而传统的电子学研究集中在电子的带电粒子特性上，而自旋电子学则是研究电子自旋这一新特性，即电子固有的自旋角动量，因为这种特性可以用来存储和传输信息。
在自旋电子学中，研究人员可以探索电子之间的相互作用、电子在材料中的分布、电子在磁场中的行为等问题。
将自旋电子学应用于磁存储技术中，是自旋电子学中的一个非常成熟和广泛应用的领域。
传统的磁存储器件是基于磁性材料的磁性特性进行工作的，而自旋电子学中的磁性存储器件可以利用电子自旋作为信息存储单位，因其优点是数据更加稳定和可靠，所以可以达到更高的存储密度和读写速度。
目前，自旋电子学在磁盘存储、磁性随机存储器、磁性纳米线和磁性隧道晶体管等方面的研究都取得了重要的进展。
另外，自旋电子学还可以应用于量子计算机中。
量子计算机的核心是利用量子比特(qubits)作为计算的基础单位，而自旋电子学则是探索电子自旋的性质以实现qubits。
相比于传统计算机，量子计算机使用的量子比特能够处理大量的信息，因此可以更高效地进行计算。
自旋电子学中的量子比特技术已经用于量子比特的设计和制造，并且取得了一些重要的进展和成果。
例如，利用自旋量子比特可以实现比特的非破坏性读取和写入，从而在量子计算中实现了单比特控制操作。
在自然大气层探测领域，自旋电子学也有着重要的应用。
大气层对于太阳活动的响应是一种自旋极性反转现象，即自旋电子的自旋极性会随着太阳活动周期变化。
自旋电子学可以利用自旋电子在大气中的特性来检测这种自旋极性反转现象，从而可以更好地研究大气层和太阳活动对地球的影响，具有很大的科学价值。
自旋电子学研究进展(磁学会议)
h
1
自旋
自旋
一、序言
四、半导体自旋电子
二、巨磁电阻GMR
五、MRAM研究进展
三、隧道磁电阻TMR h
2
一、序言
电荷 e1.60210x1019c
电子
电子
自旋 M s1.16530x1029W b/m
在半导体材料中有电子和空穴两种载流子，利用这两种 载流子的输运性质，1947年发明了晶体管，开创了信息时代。
MR(%)
CIP
CPP
1994年 Pratt和Levy 垂直多层膜的GMR(CPP)，比CIP高4倍的变化
Phys.Rev.Lett.66(1991)3060--------70(1993)3343
h
4
2
0
13
-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400
H(Oe)
增加纳米氧化层的自旋阀
图中所示为样品的退火温度
28
2005.2 实验结果
室温：MR=220％ 4K：MR=300％
热稳定性可超过 4000C,有利于与 CMOS配合
用磁控濺射制备的MgO磁隧道(80x80m2)
TA=3700C TA=3800C
TA=3600C
MgO:立方晶体(100)织构； CoFe：b.c.c.(100)织
构；IrMn：f.c.c.(100)织构
h
三种样品的TMR与退火温度的关系，
这就是自h 旋极化的各向异性起因。
22
2001.1实验结果
MgO单晶势垒的磁隧道效应
w.wulfhekel Appl phys lett vol 78 509 (2001.1)
物理学中的自旋电子学研究现状
物理学中的自旋电子学研究现状自旋电子学是近年来物理学研究中的一个热门领域，它主要研究电子自旋与物质在磁场作用下的相互作用，涉及到广泛的应用前景和基础学科研究。
本文将从自旋电子学的基础知识、研究现状、应用前景等角度展开论述。
一、自旋电子学的基础知识自旋电子学的基础在于电子的自旋，自旋是电子固有的属性，类似于电子的电荷。
电子自旋的特点是具有磁性，因此可以与外加的磁场相互作用。
当电子在材料中运动时，其自旋与晶格和自旋的相互作用会产生新的物理现象，如磁化、磁电阻和磁隧穿等。
这些现象对于理解材料的磁性和电子运动机制以及物理学中的量子现象有着重要的意义。
二、自旋电子学的研究现状自旋电子学在近几十年有了较大的发展，特别是在新的材料的发现和研究方法的进步下，自旋电子学的研究领域得到了拓宽和深入。
以下是一些自旋电子学的研究现状：1.自旋极化电子显微镜技术自旋极化电子显微镜是一种重要的实验工具，它可以通过探测自旋电子在材料中的分布情况来研究材料的自旋性质和磁性质。
自旋极化电子显微镜有着高分辨率、灵敏度和速度等优点，被广泛应用于材料科学、物理学以及半导体行业等领域的研究中。
2.自旋输运理论研究自旋输运是研究电子在材料中的输运过程中自旋的运动规律，它关注电子自旋与材料自旋的耦合、自旋翻转等现象。
自旋输运理论的研究对于进行材料表面的自旋电子学研究有着重要的意义。
3.自旋电子学研究中的新材料发现随着研究方法的发展和新材料的发现，自旋电子学的研究领域得到了拓宽和深入。
例如，石墨烯、锰铁等材料的研究使得人们对于自旋电子学的认识更加深入。
三、自旋电子学的应用前景自旋电子学的研究不仅涉及到物理学的基础研究，还有诸多的应用前景。
以下是一些自旋电子学的应用前景：1.新型储存器的研究自旋电子学中的磁隧穿效应是目前研究新型储存器的一种重要技术。
利用磁隧穿效应，可以将电子自旋作为信息的载体，实现信息的存储和处理。
2.新型传感器的研究自旋电子学的研究可以用于研究新型传感器，例如电子自旋共振传感器。
自旋电子学研究及其应用
自旋电子学研究及其应用自旋电子学是一种研究电子自旋结构和特性的新型领域。
它与传统电子学有着很大的不同，传统电子学主要关注电子的电荷和电流等电性质，而自旋电子学则重点研究电子的自旋和磁性等自然性质。
自旋电子学研究的背景自旋电子学起源于20世纪60年代初期，当时由社会对计算机存储量的需求推动了磁存储技术的发展。
现代计算机存储单元的本质是基于磁存储技术，它通过在介质上控制磁领域的方向来存储二进制信息。
在磁记录过程中，存储介质的磁领域在自身的垂直方向自转，这个自转过程正是建立在自旋电子学理论基础上。
此外，自旋电子学还给导入了一种新型的物理现象——磁电阻效应，可以自动检测自旋和方向。
自旋电子学的基本原理自旋是电子自身的一个固有属性，类比物理学中的转动。
电子自旋可以看作是一个沿电子自身轴向的矢量，在外界磁场的作用下会受到矢量力的影响。
自旋电子学基于这样一种物理现象，通过对电子的自旋角度和载流电子的注入特性进行研究，开发出了很多新型的电子器件。
自旋电子学的应用自旋电子学是一种前沿的研究领域，可以应用于多种电子器件的设计和制造。
它主要应用于以下几个方面：磁性存储技术自旋电子学是现代计算机存储技术中的核心科技之一，可以通过磁性记忆的方式实现高效的数据存储和读写。
磁磁阻效应的出现，可以实现在不具备高性能传感器的情况下实现自动检测自旋和方向，提高了磁性存储技术的性能和有效性。
量子计算技术量子计算机是一种基于自旋电子学的计算技术，其运算方式是通过自旋转角来实现。
目前，这种计算机运行速度非常快，可以用于处理大规模数据，通过量子纠缠原理，量子计算机能够在计算速度上的弊端上克服。
光电子学领域光电子学是受光照射而发生电性变化的一种光学现象。
光子的自旋和光子的电荷和电流是有关联的，在光电子学技术中，光通过激发自旋转角，可以制作出新型的光电器件，这些器件有非常广泛的应用领域。
综上，自旋电子学是一种新型的物理学理论，它可以应用于多个领域，包括计算机科学、光电子学领域、传感器及检测技术等领域。
自旋电子学简介及其研究进展
自旋电子学简介及其研究进展
徐明;纪红萱
【期刊名称】《大学物理》
【年(卷),期】2006(025)011
【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.基于电子自旋的自旋电子器件能够大大提高信息处理速度和存储密度,而且具有非易失性、低能耗等优点.简单介绍了自旋电子学的概念及其研究内容,综述了自旋电子学目前的研究及应用进展.
【总页数】6页(P12-17)
【作者】徐明;纪红萱
【作者单位】四川师范大学,物理与电子工程学院,固体物理研究所,四川,成
都,610068;四川师范大学,物理与电子工程学院,固体物理研究所,四川,成都,610068【正文语种】中文
【中图分类】O4
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自旋电子学的研究与发展
自旋电子学的研究与发展自旋电子学是一种全新的物理学科，它主要研究电子自旋在材料中的行为和作用。
近年来，自旋电子学已经得到了广泛的研究和应用，尤其是在信息技术方面，为我们带来了无数的创新和改变。
在本文中，我们将深入研究自旋电子学的基础知识、研究进展和发展趋势，以及其在信息技术领域中的应用。
自旋电子学基础知识电子自旋是指电子内部的一种运动状态，它可以看作是电子在自转，类似于地球的自转。
普通的电子只具有自旋量子数为+1/2或-1/2的两种状态，但在一些特殊的材料中，电子可具有更复杂的自旋状态。
自旋可以和外加磁场发生相互作用，从而影响电子的运动。
自旋电子学的研究和应用就是基于电子自旋和其相互作用的基础之上的。
自旋电子学主要涉及几个基础概念：自旋、自旋极化、磁各项异性、自旋交互作用等。
在自旋电子学中，我们主要关心的是自旋极化，即电子自旋在某个方向上的偏振。
自旋电子学的研究进展在过去的几年中，自旋电子学在基础研究和应用方面都取得了重大进展。
其中比较重要的研究领域有以下几个方面：1.自旋注入材料的研究：自旋注入可以实现在非磁性材料中操控电子自旋。
自旋注入材料是一些特殊的材料，可以将电子自旋注入到非磁性材料中，从而实现对电子自旋的操控。
这种技术可以应用于电子器件中，尤其是在信息存储和传输中。
2.自旋电流传输的研究：自旋电流传输是一种全新的电子输运方式，由于电子自旋可以沿着一个特定方向运动，因此可以实现对电子自旋的操控和传输。
这种技术可以应用于磁性存储、高速计算和通信领域。
3.自旋Hall效应的研究：自旋Hall效应是自旋电子学中的一个重要概念，它是指在特定条件下，自旋极化电子的自旋和速度在材料中会产生一个特定的角度关系，从而形成自旋Hall电流。
这种技术可以用于特定的传感器和自动化控制系统中。
自旋电子学的应用发展趋势自旋电子学在信息技术领域中的应用潜力巨大，未来的发展趋势主要包括以下几方面：1.自旋存储技术：自旋存储技术是基于自旋电子学的一种新兴的储存技术。
磁性材料中的自旋电子学研究
磁性材料中的自旋电子学研究自旋电子学是一门研究自旋与电子输运、磁性材料和器件之间相互作用的科学领域。
近年来，磁性材料中的自旋电子学研究引起了广泛的关注。
本文将探讨磁性材料中的自旋电子学研究的背景、研究方法和应用前景。
一、背景磁性材料是一类具有磁性的材料，其中自旋扮演着重要的角色。
自旋是电子的一个内禀属性，类似于电荷。
不同自旋态的电子会导致不同的磁性行为，如铁磁、反铁磁和顺磁。
磁性材料中的自旋电子学研究旨在通过控制和操纵自旋，实现新型磁性效应和器件的开发。
二、研究方法1. 合成和制备磁性材料的合成和制备是自旋电子学研究的基础。
通过化学合成、物理蒸发等方法，可以得到具有特定磁性性质的材料样品。
在合成过程中，需要控制材料的晶格结构、组分和杂质含量，以满足特定研究需求。
2. 实验技术自旋电子学研究主要依赖于一系列实验技术，如磁性测量、电子输运测量和自旋共振等。
磁性测量可以通过测量磁化率和磁滞回线等参数，揭示材料的磁性特性。
电子输运测量可以研究自旋在材料中的传输行为，如自旋霍尔效应和磁阻效应。
自旋共振可以通过外加磁场和微波辐射来操纵自旋的取向和能级分裂。
3. 理论模拟理论模拟在磁性材料中的自旋电子学研究中扮演重要的角色。
通过量子力学和统计物理的理论模型，可以解释和预测自旋电子的行为，并提供实验设计的指导。
常用的理论模拟方法包括密度泛函理论、自旋动力学模型和自旋输运理论等。
三、应用前景磁性材料中的自旋电子学研究在多个领域具有广阔的应用前景。
1. 磁性存储器件自旋电子学可以实现非易失性存储器件的开发，如自旋转换随机存储器(STT-RAM)和磁阻随机存储器(MRAM)。
这些器件利用自旋的取向来存储信息，具有低功耗、快速读写和高密度等优势。
2. 自旋电子器件利用自旋的取向和能级分裂，可以实现自旋电子器件的开发，如自旋场效应晶体管(Spin-FET)和自旋霍尔器件(Spin-Hall Device)。
这些器件可以在电子学和自旋电子学之间架起桥梁，实现信息的传输和处理。
研究磁性材料的自旋电子学性质及其应用
研究磁性材料的自旋电子学性质及其应用自旋电子学是研究自旋电子在材料中的性质和应用的一个重要领域。
磁性材料在自旋电子学中起到关键作用，其自旋电子的特性决定了材料的磁性和导电性能。
本文将主要探讨磁性材料的自旋电子学性质及其应用。
一、引言自旋电子学是在传统电子学基础上发展起来的一门新兴学科，它研究的是自旋电子的运动和行为。
自旋电子具有自旋角动量和磁矩，可以通过外部磁场调控其自旋状态，进而影响材料的电磁性质。
二、磁性材料的自旋电子学性质1. 自旋极化效应磁性材料中的自旋极化效应是指在外部磁场作用下，材料中自旋电子的自旋方向出现偏离。
这种自旋极化效应可以通过磁化率和磁滞回线等物理量进行表征。
自旋极化效应是研究磁性材料自旋电子学性质的重要指标。
2. 磁各向异性磁各向异性是指磁性材料中自旋电子在不同方向上的磁化行为不同。
它与材料的晶体结构密切相关，可以通过磁各向异性常数描述。
磁各向异性对于磁性材料的应用具有重要意义，可以用于制备高性能的磁记录介质和传感器器件。
3. 磁性相互作用磁性材料中的自旋电子之间存在着相互作用，主要包括自旋自旋相互作用和自旋轨道相互作用。
这些相互作用对于材料的磁性和电子输运性质起到重要影响。
例如，自旋自旋相互作用可以导致磁性材料的自旋有序态出现，而自旋轨道相互作用则可以影响电子的自旋状态和轨道运动。
三、磁性材料的自旋电子学应用1. 磁存储器件磁性材料的自旋电子学性质被广泛应用于磁存储器件的制备和优化。
例如，通过调控材料中的自旋极化效应和磁各向异性，可以实现高密度、低功耗的磁性存储器件。
自旋传输和自旋电流驱动存储器件的研究也成为了当前的热点。
2. 自旋电子输运磁性材料中的自旋电子具有不同于传统电子的输运行为，这为自旋电子学提供了广阔的应用场景。
通过利用自旋电子与材料之间的相互作用，可以实现自旋电子的控制和调控。
这对于开发具有自旋相关功能的电子器件具有重要意义，例如自旋电流传感器、自旋穆勒电场传感器等。
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。
自旋电子学的研究与发展
○高校讲坛○
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2009 年 第 35 期
自旋电子学的研究与发展
鲁军政 （襄樊学院物电学院 湖北 襄樊 441053）
【摘 要】自旋电子学在研究早期被称为磁电子学，是凝聚态物理中发展起来的新科学分支，主要研究金属和金属氧化物及半导体中电子 的自旋极化，自旋相关的散射及自旋驰豫等。 文章简单介绍了自旋电子学的发展历程，巨磁电阻、磁性薄膜、动态随机存储器 MRAM 及巨磁电 阻传感器的研究现状及应用前景。
3．隧 道 磁 电 阻 （TMR）
量子力学的隧道效应就是指粒子穿过势垒并出现在经典力学禁 戒的区域的过程。 1970 年，Meservey 和 Tedrow 利 用 超 导 体/非 磁 绝 缘 体/铁 磁 金 属 隧 道 结 ， 验 证 隧 穿 电 流 确 是 自 旋 极 化 的 。 1975 年 ， Slonczewski 提出将隧道结中的超导体用另一铁磁层取代的想法 ，认为 如以铁磁金属取代超导体，当两铁磁层磁化方向平行及反平行时隧道 结将具有不同的电阻值。 同年,Julliere 在 Fe/ Ge/ Co 隧道结中观察到 了这一现象. 不过,Fe/ Ge/Co 隧道结虽然在低温下的磁电阻高达 14 % ,但室温下却非常小.直到 1995 年，Miyazaki 等获得突破性 进 展 ，在 Fe/ Al2O3/Fe 隧 道 结 中 ，室 温 下 获 得 磁 电 阻 MR=18%，磁 场 灵 敏 度 8%，人 们开始集中研究用 Al2O3 做绝缘层的 隧 道 结 。 2000 年 ，Han 等 人 在 室 温下获得磁电阻达 50%。
用氧化镁做绝缘层开辟了研究 MTJ 的新方向 Yuasa 等在 2000 年 研 究 单 晶 氧 化 镁 基 片 上 生 长 Fe/Al2O3/NiFe 磁 隧 道 结 。 2001 年 Wulfhekel 等用 MBE 制备了以氧化镁为基片的 Fe/MgO/Fe 磁 隧 道 结 ， 用 STM 测量隧道效应。 同时 Butler 等用第一性原理 计 算 了 隧 道 电 导 和磁隧道电导，理论上预言 TMR 值可达到 1000%。 2004 年，Yuasa 等 制备的 Fe/MgO/Fe 磁隧道结的 TMR 在室温下达到 88%， 最大输出电 压为 380mV，超高氧化铝为绝缘层的磁隧道结。 2004 年 10 月，他们又 把 MR 值提高到 180%。 同月 Parkin 等报道了在 CoFe/MgO/CoFe 磁隧 道结中获得 MR 为 220%、温度隐定性超过 400℃的实验结果。 2005 年 2 月，Diayapeawira 等发表了他们的最新结果 ： 在 FCoFeB/MgO/CoFeB 磁隧道结中，MR 值为 230%，结面电阻 RA 为 420Ωμm2。
自旋电子学研究中的材料发展
自旋电子学研究中的材料发展自旋电子学是一种利用电子自旋和自旋磁矩来传输和处理信息的科技。
它以非易失性存储器(NVM)和磁随机存取存储器(MRAM)等应用为代表，被认为是未来电子信息领域的重要发展方向。
然而，要实现这些应用，就需要高效的自旋电子材料，如铁磁体、反铁磁体、半导体等。
本文将围绕自旋电子学的材料发展展开探讨。
引言在传统电子学中，我们主要通过电子的电荷来传输和存储信息。
而自旋电子学则利用电子自旋和自旋磁矩来实现这一过程。
自旋电子学的研究让我们看到了未来电子信息领域的巨大潜力。
但是，实现这个潜力需要高效的自旋电子材料。
那么，目前自旋电子学材料的发展状况是怎样的呢？第一部分：铁磁体材料的发展铁磁体是自旋电子学的重要材料之一，其用于磁性随机存储器的研究得到了广泛关注。
目前，铁磁体材料已经有了很大的发展。
其中，Heusler合金被认为是最有发展前途的铁磁体之一。
Heusler合金是一种由三种元素构成的有序合金。
它具有良好的磁性、热稳定性和电学性质。
近年来，研究者们在Heusler合金上开展了大量的研究工作，针对其性质进行了深入的探讨。
通过优化合金成分和制备工艺，研究人员已经成功合成出了高品质的Heusler合金材料，并将其应用于磁性随机存储器的研究中。
第二部分：反铁磁材料的发展反铁磁体是另一种重要的自旋电子材料。
与铁磁体不同，反铁磁材料的磁性是居于其电子自旋相互作用的结果。
与铁磁体相比，反铁磁材料具有更强的自旋电子耦合、更长的自旋弛豫时间、更好的自旋偏执等特点，这些特点使其在自旋电子学应用中具有广泛的应用前景。
目前，反铁磁材料的研究已经取得了一定的进展。
80年代初，Mn基的反铁磁材料就已经被应用于磁性存储器。
而在近年来，LaMnO3等新型反铁磁材料的发现，更是让反铁磁材料在自旋电子学领域中发挥了重要的作用。
在今后的研究中，反铁磁材料的发展仍将是一个非常重要的课题。
第三部分：半导体材料的发展半导体材料是另一种在自旋电子学中非常重要的材料。
自旋电子学与磁性存储的发展
自旋电子学与磁性存储的发展近年来，自旋电子学技术在磁性存储领域取得了巨大的突破和发展。
自旋电子学是一种基于电子自旋的技术，可以用于存储和处理信息。
它利用电子的自旋来操控和探测磁性物质，从而实现高速、低能耗的数据存储和计算。
本文将探讨自旋电子学与磁性存储的发展，并探讨其在未来的应用前景。
一、自旋电子学的基本原理与实现方式自旋电子学的基本原理是利用电子的自旋运动来操纵信息的存储和传输。
电子自旋是一种量子力学性质，类似于电子的磁性指针，通过改变自旋的状态来表示信息。
自旋电子学技术主要包括自旋输运和自旋转换两个方面。
自旋输运是指将自旋信息在材料中传递的过程，而自旋转换则是将自旋信息转换为其他形式的过程。
自旋电子学的实现方式多种多样，其中最常见的是磁性隧穿结构和自旋霍尔效应。
磁性隧穿结构是一种基于隧穿磁阻的自旋电子学器件，它利用两个磁性材料之间的隧穿电流来读取和写入自旋信息。
自旋霍尔效应则是一种基于自旋极化电流的现象，通过施加电压来控制电流中自旋的极化方向，从而实现自旋信息的传输和转换。
二、磁性存储的发展历程与技术突破磁性存储作为一种重要的存储技术，经历了多年的发展和演变。
早期的磁性存储主要采用磁带和磁盘作为介质，通过改变磁性颗粒的磁化方向来存储信息。
然而，这种基于磁性颗粒的存储方式存在容量有限和读写速度较慢的问题。
随着自旋电子学的发展，磁性存储得到了极大的改进和突破。
采用自旋传输和自旋转换技术，可以实现高密度和快速的数据存储。
例如，磁隧道结合了自旋输运和磁性材料的隧穿效应，可以实现高速、低功耗的存储。
而自旋霍尔效应则可以将自旋信息转换为电压信号，实现自旋信息的读取和处理。
除了技术突破，磁性存储还面临着其他的挑战和需求。
例如，随着大数据时代的到来，存储容量的需求不断增加。
为了满足这一需求，磁性存储需要继续提高存储密度，并探索新的材料和结构。
此外，低能耗和高稳定性也是磁性存储的重要需求。
未来的发展方向包括采用新的材料和工艺，探索新的存储原理，以实现更高效、可靠的磁性存储。
功能材料中的自旋电子学研究
功能材料中的自旋电子学研究自旋电子学是一门快速发展的交叉学科，将自旋作为电子的一种新的信息携带方式研究，在信息存储和处理领域具有巨大的潜力。
功能材料是指具有特殊电磁、光学、热学、催化等性质的材料，而在功能材料中进行自旋电子学研究的结果对于实现自旋电子学技术的商业化具有重要意义。
当前，自旋电子学研究的主要关注点之一是自旋输运，即在材料中实现自旋电流的传输和控制。
通过研究材料中自旋传输的机制，可以为新型自旋电子学器件的设计和制造提供理论依据。
在功能材料中的自旋输运研究中，尤其值得关注的是石墨烯。
石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳材料，其特殊的电子结构使得自旋输运在其中成为可能。
石墨烯中的电子自旋与其运动方向垂直，因此可以实现高效的自旋传输。
同时，石墨烯具有优异的电子输运性能，高载流子迁移率和高载流子浓度使其成为理想的自旋电子学材料。
此外，在半导体材料中的自旋电子学研究也备受关注。
半导体材料因为其能隙的存在，在自旋电子传输中表现出独特的性能。
通过对半导体材料中杂质、晶格缺陷等因素的调控，可以对自旋电子输运进行精确控制。
这为实现自旋电子学器件的开发提供了可能。
除了自旋输运，功能材料中的自旋动力学研究也具有重要意义。
自旋动力学主要研究自旋自由度的耦合和调控，在信息存储和处理中起到关键作用。
例如，通过调控材料特定的磁性或电场，可以实现自旋翻转和稳定。
这为自旋电子学技术的应用提供了新的可能性。
在功能材料中进行自旋电子学研究面临着许多挑战。
我们需要更好地了解材料的电子结构和相互作用，深入研究自旋传输的机制。
同时，需要开发出高效的自旋注入和探测技术，从而将自旋电子学技术推向实际应用。
总之，功能材料中的自旋电子学研究具有广阔的发展前景。
通过对自旋输运和自旋动力学等方面的研究，我们可以进一步推动自旋电子学技术的发展，实现信息存储和处理的革命性突破。
与此同时，我们也需要克服众多技术挑战，不断提高材料和器件的性能，将自旋电子学技术发展成为现实。
自旋电子学未来信息技术的先导
自旋电子学未来信息技术的先导随着科技的不断演进，信息技术的更新换代愈发迅速，自旋电子学作为一种新兴领域，其研究已经成为推动未来信息技术发展的重要力量。
自旋电子学结合了量子物理和材料科学，利用电子的自旋自由度进行信息处理和存储，具有超高速度、低功耗和集成度高等优秀特性。
本篇文章将深入探讨自旋电子学的基本概念、发展历程、应用前景以及其在未来信息技术中的重要性。
自旋电子学的基本概念自旋电子学，又称为“自旋流体电子学”，是研究电子自旋（Spin）性质及其在电子器件中运动与相互作用的一门学科。
电子除了具有电荷特性外，还具有自旋这一内在属性，就好比是一个微小的磁场。
这一特性使得自旋不仅可以被用于存储和传输信息，还能够在量子计算中展现出巨大的潜力。
与传统的电荷电子学（以电荷为基础）相比，自旋电子学能够利用自旋进行信息传输，带来更高的信息处理效率。
自旋态的操作可以非常迅速且降低能耗，这使得基于自旋的器件在未来的信息技术中具备极强的竞争力。
自旋电子学的发展历程自旋电子学的诞生可以追溯到20世纪80年代，当时，研究者们实验性地发现了磁性半导体及其负载运算能力的新特征。
2000年，理论物理学家提出了“自旋阀”的概念，这是自旋电子学的重要里程碑，它也因此获得了诺贝尔物理学奖。
随后的十多年间，自旋电子学技术不断成熟。
研究人员进一步探索了各种材料（如铁磁材料和超导材料）对自旋传输的影响，并且开发出具有实际应用潜力的元件，如自旋晶体管和自旋存储器。
这些突破为现代自由空间量子计算和量子通信奠定了基础。
自旋电子学的主要应用领域自旋存储器自旋存储器是最具代表性的自旋电子学应用之一。
与传统基于电荷储存数据的硬盘驱动器不同，自旋存储器利用自旋态来存储信息。
它们不仅能够提供更快的信息读写速度，而且能够显著降低功耗，从而实现绿色计算。
磁随机存取存储器（MRAM）磁随机存取存储器（MRAM）是自旋存储器的一种典型实现方式，它基于磁隧道结原理，通过调节不同层间的磁化方向来读写数据。
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2.4 加强实验室建设、完善实验设施 （1）硬件方面。 扩大实验室的规模，增加设备经费的投入，购置满 足学生实验要求的必需设备，如可配置中央处理器，一定数量的工作 站，多媒体投影仪等，完善实验室的设施，建立一个模拟企业真实经营 环境下的网络财务机房，为会计电算化实验室创造一个良好的实践教 学环境。 （2）软件方面。 尽可能与用友公司经销商与售后服务人员形成长 期友好的合作关系，由其提供先进的实验教学所用的财务软件和技术 服务与指导，并随着软件的不断开发和升级及时更新。 2．5 建立有效实践教学评价体系 为切实做好实践性教学，及时了解和掌握实施情况，必须采取有 效措施加强对实践性教学环节的管理。 这样，就要求建立一个能评价 实践教学的考核体系。 实践教学质量评价是一个非常复杂的问题。 一 般来说，考核应该分为过程考核和结果考核两部分。 在初期，对教师和 学生需要有一个转变过程，所以应该以结果考核为主、过程评价为辅， 通过分析调研，结合本校实训状况，确定需要评价的要素。 如会计电算 化中可以分总账、报表、工资、固定资产等模块设定考核指标，其指标 应尽量量化，力求公平，并形成一个指标考核体系。 经过初期老师与学 生熟悉考核方式以后，应以过程考核为主，这样可以改变学生学习的 态度，减少逃避实践课的情况，提高学生对实践技能学习的积极性和
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【摘 要】自旋电子学在研究早期被称为磁电子学，是凝聚态物理中发展起来的新科学分支，主要研究金属和金属氧化物及半导体中电子 的自旋极化，自旋相关的散射及自旋驰豫等。 文章简单介绍了自旋电子学的发展历程，巨磁电阻、磁性薄膜、动态随机存储器 MRAM 及巨磁电 阻传感器的研究现状及应用前景。
3．隧 道 磁 电 阻 （TMR）
量子力学的隧道效应就是指粒子穿过势垒并出现在经典力学禁 戒的区域的过程。 1970 年，Meservey 和 Tedrow 利 用 超 导 体/非 磁 绝 缘 体/铁 磁 金 属 隧 道 结 ， 验 证 隧 穿 电 流 确 是 自 旋 极 化 的 。 1975 年 ， Slonczewski 提出将隧道结中的超导体用另一铁磁层取代的想法 ，认为 如以铁磁金属取代超导体，当两铁磁层磁化方向平行及反平行时隧道 结将具有不同的电阻值。 同年,Julliere 在 Fe/ Ge/ Co 隧道结中观察到 了这一现象. 不过,Fe/ Ge/Co 隧道结虽然在低温下的磁电阻高达 14 % ,但室温下却非常小.直到 1995 年，Miyazaki 等获得突破性 进 展 ，在 Fe/ Al2O3/Fe 隧 道 结 中 ，室 温 下 获 得 磁 电 阻 MR=18%，磁 场 灵 敏 度 8%，人 们开始集中研究用 Al2O3 做绝缘层的 隧 道 结 。 2000 年 ，Han 等 人 在 室 温下获得磁电阻达 50%。
2．巨 磁 电 阻 (GMR) 1986 年,德 国 科 学 家 P.Gnmberg 在 Fe/Cr/Fe 三 明 治 结 构 中,当 Cr 层厚度合 适 时 两 Fe 层 之 间 存 在 反 铁 磁 耦 合 作 用,据 这 一 结 果,法 国 巴 黎大学的物理学家 A.Fert 设计了(Fe/Cr)N 多层膜,成功地使磁电阻效应 得到放大,使之成为巨磁 电 阻.早 期 报 道 的 有 GMR 效 应 的 多 层 膜 样 品 都 是 分 子 束 外 延 法 （MBE）制 备 的 ，是 一 种 超 高 真 空 镀 膜 技 术 平 均 每 分
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2009 年 第 35 期
师在校内由有经验的教师培训，并参加有关培训班的学习或定期派遣 专业教师到挂靠单位进行锻炼，提高专业技能。 另一方面，聘请经验丰 富的高水平教师或有关行业实践工作中的中高级人员参与实践指导， 提高教学的实效性。
1988 年,Baibich 等人在( Fe/Cr) 超晶格中发现了巨磁电阻效应,自 此人们对磁性金属多层膜的巨磁电阻效应开展了广泛而又深入的研 究 . 1995 年 FM/ I/ FM 隧 道 结 的 研 究 有 了 突 破 性 的 进 展 , 这 一 年 Miyazaki 等 人 发 现 他 们 众 多 的 样 品 中 有 一 个 Fe/Al2O3/Fe 磁 隧 道 结 在 室温几 mT 的外场下的 TMR 高达 1516% ,低温下更高,为 23% . 同年, Moodera 等人采用真空蒸发低温 沉 积 技 术 制 备 CoFe/ Al2O3/Co 平 面 型 隧道结, 在 295 .77 和 412 K 时巨磁电阻分别为 1118% ,20%及 24%。 肖刚教授的研究小组利 用 钙 钛 矿 锰 氧 化 物 即 用 La0.67Sr0.33MnO3 取 代了普通的过渡金属铁磁层,在 FM/I/FM 隧道结发现了特大隧道磁电 阻效应。 在 412K 时,只需几 mT 的外场,此隧道结即表现出 45%的巨磁 电阻值,但是在室温下没有发现巨磁电阻效应。
1991 年，Dieny 用反铁磁层钉扎下面一层铁磁层， 上面一层铁磁 层为自由层，构成具有反铁磁层的自旋阀，这种结构，利用反铁磁交换 耦合，有效地抑制了 Barkhausen 噪 声 ，并 根 据 多 层 膜 巨 磁 电 阻 效 应 来 源于最简单重复周期的磁电阻效应，提出了反铁磁层/隔离层/铁磁层/ 反 铁 磁 层 自 旋 阀 结 构 ，并 首 先 在 （NiFe/Cu/NiFe/FeMn ）自 旋 阀 中 发 现 了 一种低饱和场巨磁电阻效应。 自旋阀具有磁电阻变化率△R/R 对外磁 场的响应呈现线关系，频率特性好；低饱和场，工作磁场小；与 AMR 相
【关键词】自旋电子学；巨磁电阻；磁性薄膜；磁隧道结；自旋阀
1．自 旋 电 子 学 的 发 展 历 程
电子具有电荷和自旋两种属性；在原子结构中，电子具有自旋特 性，一个能级轨道上只有自旋向上和自旋向下的两个态。 在一般的电 子输运过程中，电子的自旋状态是不予考虑的。
磁场对电子输运的影响是毫无疑问的，象霍尔效应，但并不涉及 电子的自旋属性。 Thomson 于 1857 年发现铁磁多 晶 体 的 各 向 异 性 磁 电阻效应。 1971 年 Hunt 提出可以利用铁磁金属的各向异性磁电阻效 应来制作磁盘系统的读出磁头。 同年 Tedrow 等利用超导（Al）/绝缘层 （Al2O3）/ 铁磁金属（Ni）的隧道结 ，测 出 穿 越 绝 缘 体 的 电 流 是 自 旋 极 化 电子流， 而自旋极化电子流是通过铁磁金属产生的。 1973 年，Tedrow 用隧道谱法测量了 Fe,Co,Ni 和 Gd 的自旋极化率。 1983 年 ，Meservey 发 现 Fe 薄 膜 在 1nm 厚 度 时 自 旋 极 化 逐 渐 达 到 饱 和 。 1986 年 ， Grunberg 等人发现，在 Fe/Cr/Fe 三明治结构中，适当的“Cr”层厚度，可 使两铁层之间形成反铁磁耦合。 1988 年，Baibich 发现铁铬多层膜中， 当铬的厚度使铁层之间形成反平行耦合时，没有外加磁场的电阻比外 加磁场使多层膜饱和时大得多， 始称为巨磁电阻效应 （GMR）。 1991 年，Dieny 用反铁磁层钉扎铁磁层构成自旋阀。 1994 年在类钙钛 矿 中 也发现3 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(TMR) 现 象 。 1995 年 ，Miyazaki 发 现 Fe/Al2O3/Fe 隧 道 结 在 室 温 下 磁 电 阻(TMR)高 达 18%，同年在 Co-Al-O 颗粒膜中同样发现了类似的巨磁电阻效应 。 80 年 代 ，Johnson 通 过 铁 磁 金 属 将 自 旋 极 化 的 电 子 流 不 断 注 入 非 磁 金 属 中，使非磁金属在自旋扩散长度范围内出现自旋积累，产生非平衡磁 化，同时将其变为电信号。 由此可见，自旋电流的注入，输运，操纵和检 测都是在纳米尺度下进行的。
1991 年．Unguris 等人在单晶 Fe 须上镀了一层楔形 Cr， 其厚度沿 某一方向缓慢由零增加到 5-20nm,再 镀 上 一 层 Fe（2nm）厚 ，也 就 是 在 三明志结构中，把非磁性金属层做成楔形。 用扫描电镜极化分析方法 测表面上 Fe 的磁矩取向时，发现其磁矩的方向与下层 Fe 的磁矩取向 随 Cr 层厚度的增加时而相反，时而相同，反映出与底层磁化强度分成 铁磁和反铁磁耦合。
比，电阻随磁场变化迅速，因而操作磁通小，灵敏度高；利用层间转动 磁化过程能有效抑制 Barkhausen 噪 声 ，信 噪 比 高 ，这 使 巨 磁 电 阻 进 入 实用阶段。 1994 年，IBM 公司宣布利用 GMR 自旋阀制成磁 盘 驱 动 器 的读出头。 将磁盘的记录密度提高 17 倍，达到 10Gbit/in2，到 2004 年， 十年间已发展到 170Gbit/in2 的记录密度，磁头读出缝隙已达到 50nm。