自旋输运和巨磁电阻--自旋电子学的物理基础之一

介绍磁性纳米结构和锰氧化物中电子的自旋极化输运和巨磁电阻效应，它们是新近发展的自旋电子学的物理基础之一．着重讨论的是以下三方面的基本物理图像：磁多层结构的巨磁电阻，铁磁隧道结的隧穿磁电阻，掺杂锰氧化物的庞磁电阻效应．     

磁电子学讲座 第六讲 巨磁电阻效应在信息存储等领域中的应用

用巨磁电阻材料构成磁电子学新器件，已开始在信息存储领域成功地获得了应用．文章介绍了用于计算机硬磁盘驱动器的巨磁电阻磁头和巨磁电阻随机存储器，描述了它的工作原理、性能特点及发展趋势．指出巨磁电阻材料在传感器方面的应用也令人瞩目，有着广阔的市场前景．     

磁电子学器件应用原理

本文介绍几种重要的磁电子器件的基本结构和工作原理,包括巨磁电阻与隧穿磁电阻传感器、巨磁电阻隔离器、巨磁电阻与隧穿磁电阻硬盘读出磁头、磁电阻随机存取存储器、自旋转移磁化反转与微波振荡器。自旋晶体管作为未来磁电子学或自旋电子学时代的基本元素,目前大都还处在概念型阶段,本文也将对几种自旋晶体管的大致原理作简要介绍。     

磁电子学器件应用原理

本文介绍几种重要的磁电子器件的基本结构和工作原理,包括巨磁电阻与隧穿磁电阻传感器、巨磁电阻隔离器、巨磁电阻与隧穿磁电阻硬盘读出磁头、磁电阻随机存取存储器、自旋转移磁化反转与微波振荡器。自旋晶体管作为未来磁电子学或自旋电子学时代的基本元素,目前大都还处在概念型阶段,本文也将对几种自旋晶体管的大致原理作简要介绍。     

自旋电子学和计算机硬件产业

1988年发现巨磁电阻（GMR）效应，是基于自旋的新电子学的开始。文章介绍观察效应的物理基础，以及这些效应和材料在信息存储上的应用。GMR硬盘（HDD）已经形成了数十亿美元的工业；其后发现的室温隧道磁电阻（TMR）效应已用于制造新关磁随机存储器（MRAM），它正在开创另一个数十亿美元的工业。自旋电子学研究的物理对象是自旋向上和自旋向下的载流子，而传统半导体电子学的对象是电荷为正和电荷为负的载流子，即空穴和电子。电子自旋特性进入半导体电子学，为新的器件创造了机会。为了成功地将电子自旋结合到半导体微电子技术中去，需要解决磁性原子自旋极化状态的控制，以及自旋极化载流子电流的有效注入、传输、控制、操纵和检测。评述了基于电子自旋的新器件原理、新材料的探索以及自旋相干态的光学操纵。     

第六讲 巨磁电阻效应在信息存储等领域中的应用

用巨磁电阻材料构成磁电子学新器件，已开始在信息存储领域成功地获得了应用，文章介绍了用于计算机硬磁盘驱动器巨磁电阻磁头和巨磁电阻随机存储器，描述了它的工作原理，性能特点及发展趋势，指出巨磁电阻材料在传感器方面的应用也令人瞩目，有着广阔的市场前景。     

硬盘驱动器巨磁电阻(GMR)磁头:从微米到纳米

近年来电脑硬盘存储密度的飞速增长(年增长100％)已超出摩尔定律的预言．这种惊人的高速增长中，最关键的因素是自旋阀纳米多层膜结构，即巨磁电阻(GMR)读传感器磁头的应用．事实上，巨磁电阻磁头读传感器(reader sensor)已经实现由微电子器件向纳米电子器件转化，并且形成大规模产业．这一过程包含了自旋电子学、材料科学、微电子工程学、化学、微机械力学和工程学等诸学科和相关微加工技术综合性挑战极限，进入纳米科技领域实质性进步．     

自旋电子学研究与进展

自旋电子学是最近几年在凝聚态物理中发展起来的新学科分支，它研究在固体中自旋自由度的有效控制和操纵，在金属和半导体中自旋极化、自旋动力学、自旋极化的输运和自旋电子检测．由于它在信息存储方面的重大应用前景，受到学术界和工业界的高度重视．文章扼要地介绍了自旋电子学发展的历程和发展中的最重要的发现．最近几年，最奇特的发现和最重要的应用莫过于巨磁电阻，薄膜领域纳米技术的迅速发展使巨磁电阻的应用变成可能．作为磁记录头它已使硬磁盘的记录密度提高到170Gbit／in^2．动态随机存储器MRAM的研究已实现16Mbit的存储密度．     

有机Co/Alq3/La1－xSrxMnO3(LSMO)器件磁电阻的温度效应研究

根据最近关于温度对有机磁电阻影响的实验研究,利用漂移-扩散方程,计入温度对极化子迁移率和自旋弛豫时间的影响,研究了有机半导体中自旋极化率随温度的变化,进而利用Julliere公式给出器件的磁电阻.发现,在温度较低的区域磁电阻减小幅度大于温度较高的区域,磁电阻随温度变化的主要因素为自旋弛豫时间.最后将计算结果与实验数据作了比较,得到与实验相符合的结果. 关键词： 有机自旋电子学 极化子 温度 磁电阻     

高自旋极化氧化物材料的颗粒边界磁电阻效应

颗粒边界磁电阻是高自旋极化氧化物颗粒体系中由于颗粒边界的存在而导致显著的磁电阻效应。本文将这种磁电阻效应定义为颗粒边界磁电阻效应。这里所说的颗粒边界,包括各种自然和人工晶界、粉末颗粒表面、复合材料中的颗粒界面等多种情况;所涉及的材料包括高自旋极化氧化物多晶、压缩粉末和各种复合材料等。对颗粒边界磁电阻效应的研究,不仅有助于人们进一步理解高自旋极化氧化物磁输运性质的基本机制,并为寻求具有高磁电阻效应的新型自旋电子学器件提供理论基础。本文综述了高自旋极化氧化物颗粒边界磁电阻研究的主要背景和发展现状,介绍了该领域中主要的实验发现和理论模型,展望了未来的发展。     

高自旋极化氧化物材料的颗粒边界磁电阻效应

颗粒边界磁电阻是高自旋极化氧化物颗粒体系中由于颗粒边界的存在而导致显著的磁电阻效应。本文将这种磁电阻效应定义为颗粒边界磁电阻效应。这里所说的颗粒边界,包括各种自然和人工晶界、粉末颗粒表面、复合材料中的颗粒界面等多种情况;所涉及的材料包括高自旋极化氧化物多晶、压缩粉末和各种复合材料等。对颗粒边界磁电阻效应的研究,不仅有助于人们进一步理解高自旋极化氧化物磁输运性质的基本机制,并为寻求具有高磁电阻效应的新型自旋电子学器件提供理论基础。本文综述了高自旋极化氧化物颗粒边界磁电阻研究的主要背景和发展现状,介绍了该领域中主要的实验发现和理论模型,展望了未来的发展。     

磁电子学讲座第三讲 磁性金属多层膜中的巨磁电阻效应

在许多磁性金属多层膜系统中都存在巨磁电阻效应，这些系统是由厚度为几个纳米的磁层与非磁层交替重叠而构成．出现巨磁电阻效应的必要条件是系统的磁化状态能被外加磁场所改变．该效应的物理原因是传导电子在界面处或磁层内的所谓自旋相关散射．层间耦合随隔离层厚度变化而振荡的现象，在隔离层为非磁过渡金属和贵金属的系统中普遍存在．自旋阀多层结构在信息存储技术中磁电阻“读出”头方面极具应用前景．     

磁电子学讲座 第八讲 磁电子学——一门新型交叉学科

简要介绍磁电子学的基本概念、研究对象、应用背景．重点介绍自旋极化电子在人工结构材料中的一些特殊输运性质，例如，巨磁电阻效应、磁隧道效应、自旋极化电子的注入效应、沟道效应，以及依据这些效应和特性做成的各种新型电子器件的原理，例如，计算机磁头、磁随机存储器（ＭＲＡＭ）、自旋开关三极管、铁电场效应三极管、电流放大器和逻辑元件等．     

金属磁性多层膜的新颖特性──巨磁电阻效应

磁性和非磁性层交替重构成的金属磁性多层膜常具有巨磁电阻效应，其中每层膜约几个纳米厚。出现巨磁电阻效应的基本条件是：在外磁场下相邻磁层磁化强度取向发生对变化。巨磁电阻效应的物理起源是，其自旋与局域磁化强度平行和反平行的电子受到的散射不同，散射的不同既要嗵来自获射中收的特性，又可能源于两种自旋电子的能态密度的差异。由于信息存储技术中磁电阻“读出”磁头有巨大的应用前景，巨磁电阻效应引起了人们的极大兴趣。     

金属颗粒薄膜巨磁电阻效应的影响因素

研究金属颗粒薄膜的颗粒尺寸、磁性组分等对巨磁电阻效应的影响.在自由电子模型和自旋相关散射理论的基础上，计算了金属颗粒膜体系的电子平均散射势.在计算过程中将自旋相关项与宏观量相联系，得到了巨磁电阻效应与磁性成分比例、颗粒尺寸的关系.磁电阻效应的模拟曲线表明，增加磁性成分比例和减小磁性颗粒尺寸可增强颗粒膜的巨磁电阻效应. 关键词：     

磁性材料新近进展

磁性材料是应用广泛、品种繁多的一类重要的功能材料，20世纪90年代以后发展十分迅速．稀土-3d过渡族磁性合金材料，如稀土水磁、巨磁致收缩材料、巨磁热效应材料，磁光效应材料等，以及非晶，纳米微晶磁性材料相继问世．1988年巨磁电阻效应的发现已获广泛应用，如读出磁头、传感器以及磁随机存储器等，并发展成为自旋电子学的新学科．文章简要介绍了近年来磁性材料的一些新进展。     

稀土锰氧化物的低场磁电阻效应

具有庞磁电阻效应的掺杂稀土锰氧化物因为其高的自旋极化率和自旋极化输运行为而表现出显著的低场磁电阻效应。这一效应在氧化物自旋电子学中有着深远的潜在应用前景。本文综述了国内外近年来在锰氧化物低场磁电阻增强这一研究领域的进展和存在的一些问题。全文分三个部分，首先概述了基于自旋极化散射和自旋极化隧穿两种输运机制的磁电阻理论；然后重点介绍掺杂稀土锰氧化物低场磁电阻增强的主要研究进展，这些进展背后的基本物理图象是通过人为引入自旋无序介质形成自旋极化散射和自旋极化隧穿，从而增强其低场磁电阻；第三部分讨论了基于掺杂稀土锰氧化物的磁性隧道结制备和输运性质。本文最后提出了锰氧化物低场磁电阻增强研究应该关注的一些物理问题。     

磁性金属多层膜中的巨磁电阻效应

在许多磁性金属多层膜系统中都存在巨磁电阻效应，这些系统是由厚度为几个纳米的磁层与非磁层交替重叠构成，出现巨磁电阻效应的必要条件是系统的磁化状态能被外加磁场所改变。该效应的物理是传导电子在界面处或磁层内的所谓自旋相关散射，层间耦合随隔离层厚度变化而振荡的现象，在隔离层为非磁过渡金属和贵金属的系统中普遍存在，自旋阀多层结构在信息存储技术中磁电阻“读出”头方面极具应用前景。     

有机自旋电子器件中的自旋界面研究进展

自旋器件有望实现量子信息存储、传感和计算,是下一代数据存储和通信的理想器件.与无机自旋器件相比,有机自旋器件不仅可以实现传统无机自旋器件的功能,而且在同一有机自旋阀器件中会同时测到正负磁电阻信号,这是因为有机分子与铁磁电极在界面会发生自旋杂化而产生独特的自旋界面.通过控制自旋界面,可以改变界面处分子能级展宽和偏移程度,从而实现对磁电阻信号的可控调制.有机自旋阀器件发展迅速,但仍有一些问题亟待研究,如对自旋界面进行识别和表征,以及利用自旋界面对有机自旋阀信号进行操控等.针对上述问题,本文首先综述了有机自旋阀的基本原理,通过对比无机有机材料能级结构的差异解释了有机自旋阀中自旋界面形成的原因,对于有机自旋阀中磁电阻信号的增强和反转现象,利用自旋界面模型中能级展宽和偏移进行了解释;接着列举了自旋界面的实验识别案例,如利用对表面敏感的表征技术对自旋界面进行识别以及设计新颖的器件结构验证自旋界面的存在等;然后汇总了利用自旋界面调制自旋信号的相关工作,自旋界面的调制可以通过电场调节铁电层的铁电极化、诱导铁磁电极相变、界面化学工程和磁交换相互作用等方式实现;最后总结了有机自旋界面中仍需解决的问题,并对...     

自旋电子学材料、物理和器件设计原理的研究进展

文章介绍了作者所在实验室在巨磁电阻(GMR)、隧穿磁电阻(TMR)、庞磁电阻(CMR)和反铁磁钉扎薄膜材料以及单晶金属氧化物、高自旋极化率材料、P-N异质结和纳米环磁随机存储器原理型演示器件设计等研究方面取得的一些重要研究成果和进展.例如:在Al-O势垒磁性隧道结材料体系里,获得室温磁电阻超过80%的国际最好结果;获得两种高性能层状反铁磁钉扎材料体系;发现具有大的电致电阻效应的CMR薄膜材料,并可期望用于电流直接进行磁信息写和读操作的磁存储介质;发现双势垒磁性隧道结中的量子阱态共振隧穿和磁电阻振荡效应,以及纳米器件体系中自旋翻转长度的观测新方法,可用于新型自旋电子学材料及相关器件的人工辅助设计;利用电子自旋共振谱探测和研究了金属氧化物的微观自旋结构和各向异性;在[CoFe/Pt]n磁性金属多层膜中,观测到超高灵敏度的反常霍尔效应;利用纳米环状磁性隧道结作为存储单元,研制出一种新型纳米环磁随机存储器MRAM原理型演示器件.