简介

历史

自旋电子学 (Spintronics)，也称磁电子学。它利用电子的自旋和磁矩，使固体器件中除电荷输运外，还加入电子的自旋和磁矩。是一门新兴的学科和技术。

简介

自旋电子学（Spintronics），是利用创新的方法，来操纵电子自旋自由度的科学，是一种新兴技术。应用于自旋电子学的材料，需要具有较高的电子极化率，以及较长的电子松弛时间。许多新材料，例如磁性半导体、半金属等，近年来被广泛的研究，以求能有符合自旋电子元件应用所需要的性质。

硬盘磁头是自旋电子学领域中，最早商业化的产品。此外，尚有许多充满潜力的应用，例如磁性随机内存、自旋场发射晶体管、自旋发光二极管等。

历史

1980年在固态器件中发现了与电子自旋有关的电子输运现象。开始出现了自旋电子学。

1985年约翰逊和西尔斯比观察到，铁磁金属把极化di电子注如入普通金属；艾伯特·费尔蒂等和 彼得·格伦伯格发现巨磁电阻效应。还可追溯到梅泽夫和特德罗的铁磁和超导体隧道实验，以及1970年的祖利尔（Julliere）磁隧道结。利用半导体作磁电子学器件，可追溯到1990年达它（Datta）和达斯（Das）的理论提议自旋场效应二极管。

1988年，法国科学家Fert小组在[Fe/Cr]周期性多层膜中，观察到当施加外磁场时，其电阻变化率高达50%,因此称之为巨磁电阻效应（Giant Magnetoresistance，GMR）。在反铁磁耦合的多层膜中，出现巨磁电阻的必要条件就是近邻磁层中的磁矩相对取向在外磁场的作用下可以发生变化，因此需要很高的外磁场才能观察到GMR效应，不适合于器件应用。 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（或很小）交换耦合，在较低的外磁场下相邻铁磁层的磁矩从平行排列到反平行排列或从反平行到平行排列，从而引起磁电阻的变化，这也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。

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 Magnetoresistance, TMR）现象，开辟了自旋电子学的又一个新方向。除了上面提到的磁性多层结构，半导体自旋电子学如磁性半导体，磁性/半导体复合材料，非磁性半导体量子阱和纳米结构中的自旋现象以及半导体的自旋注入的研究在GMR发现后也变得十分活跃，极大地丰富了自旋电子学的内容。可以说，自旋电子学目前正处于发展时期，很多新的现象和应用随着科学技术的发展和人们认识水平的提高将会不断被揭示和发现。