简介

产生

发展

简介

磁电子学是基于电子传导和磁性间的关联效应，通过磁场实现对输运特性调制的新兴学科。它涉及自旋极化。自旋相关散射和隧穿、自旋积累及弛豫、电荷自旋一轨道一晶格间相互作用等强关联和量子干涉效应，是当今凝聚态物理的重大课题。作为纳米电子学的重要组成，在磁记录、磁头读出、非易失信息随机存储、自旋晶体管及量子计算机等领域将获得广泛应用，成为未来信息科学技术的主导技术。

产生

传统的电子器件是以电子的电荷作为信息的载体，信息通过电流来传导，系统的状态则以电荷的存在或消失来表征，而电子的另外一个自由度，即自旋，在过去完全被忽略了。如今，传统器件的运行速度和存储密度已经越来越接近其理论极限，人们正致力于探索新的信息处理机制，方向之一就是自旋电子学。自旋电子学（spintronics），又称为磁电子学（magnetoelectronics），是以电子自旋或核自旋为其核心研究内容。在自旋电子学中，信息的读取，传输和处理都是针对电子或核自旋来操作的。

发展

自旋电子学的出现以1988年巨磁阻（Giant Magnetoresistance，GMR，全金属结构）效应的发现为标志，如今GMR效应已经在商业上取得巨大的成功，现在的新一代超高密度硬盘的磁头利用的就是GMR原理。除此之外，磁随机存储器（MRAM，金属/氧化物结构）也有望在将来取代基于CMOS的非挥发性闪存。另一方面，电子自旋也引起了量子计算领域的兴趣，电子自旋的天然二元性质，使其成为量子计算的基本单元Qubit的理想选择。而以上这些实际应用最终能否实现都依赖于对电子自旋的精确控制，依赖于对其基本特性的了解。其中关键的问题首先就是电子自旋的注入（或产生），然后是自旋极化的输运。在实际的器件应用中，另外还需要自旋的探测、存储以及放大。

要实现这些功能，各种室温下表现出铁磁性的金属当然是理想的选择，然而，如果这些所有的功能可以在半导体材料中实现，就可利用现成的光电器件工艺来制造新一代的光电器件，这就凸现出DMS材料的重要性。