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目錄
序
第1章 自旋電子學的形成與發(fā)展 翟宏如（1）
1.1 兩個歷史性突破（1）
1.2 各種磁電阻和巨大磁電阻（2）
1.2.1 各向異性磁電阻（2）
1.2.2 正常磁電阻（3）
1.2.3 巨磁電阻（3）
1.2.4 隧道結(jié)磁電阻（5）
1.2.5 龐磁電阻（5）
1.3 巨磁電阻的基本原理和發(fā)現(xiàn)的背景（5）
1.3.1 鐵磁金屬的導電和自旋相關導電的基本原理（5）
1.3.2 多層膜中的層間反鐵磁交換耦合與巨磁電阻的發(fā)現(xiàn)（10）
1.3.3 發(fā)現(xiàn)巨磁電阻的物質(zhì)基礎是納米技術(shù)的發(fā)展（11）
1.4 20 多年來自旋電子學的發(fā)展及成就（11）
1.4.1 振蕩型的層間交換耦合（11）
1.4.2 巨磁電阻走向應用的關鍵， 濺射工藝的采用和自旋閥（14）
1.4.3 半金屬引人關注（16）
1.4.4 磁性隧道結(jié)不斷取得驚人的進展（17）
1.4.5 CMR材料形成一大類新材料和物理的研究領域（19）
1.4.6 半導體自旋電子學的發(fā)展（20）
1.4.7 探索中的自旋邏輯元件和自旋計算（21）
1.5 自旋動量矩轉(zhuǎn)移——一個新的歷史性突破（22）
1.6 自旋電子學的應用與開發(fā)（24）
1.7 結(jié)束語（25）
參考文獻（26）
第2章 顆粒體系中的磁電阻效應 都有為（34）
2.1 顆粒體系中的靜磁特性（34）
2.1.1 單疇臨界尺寸（34）
2.1.2 超順磁性（36）
2.2 顆粒體系中的輸運特性（39）
2.3 金屬/金屬型顆粒膜的巨磁電阻效應（43）
2.4 間斷膜的巨磁電阻效應（52）
2.5 金屬/絕緣體型顆粒膜的磁電阻效應（55）
2.6 納米顆粒固體的磁電阻效應（62）
2.6.1 熔淬薄帶的磁電阻效應（63）
2.6.2 機械合金化制備的納米固體的磁電阻效應（68）
2.6.3 納米微晶材料的磁電阻效應（69）
2.7 有機介質(zhì)中顆粒體系的磁輸運（72）
2.8 結(jié)束語（74）
參考文獻（75）
第3章 磁性隧道結(jié)及其隧穿磁電阻效應和器件的應用 韓秀峰（82）
3.1 磁性隧道結(jié)的結(jié)構(gòu)原理和發(fā)展簡介（82）
3.2 微米和納米尺度磁性隧道結(jié)的微制備和加工（86）
3.2.1 磁性隧道結(jié)多層膜的沉積和生長（87）
3.2.2 掩膜法制備磁性隧道結(jié)（89）
3.2.3 深紫外曝光法制備磁性隧道結(jié)（90）
3.2.4 電子束曝光制備納米磁性隧道結(jié)（92）
3.2.5 聚焦離子束刻蝕法制備納米磁性隧道結(jié)（94）
3.2.6 磁性隧道結(jié)勢壘層的氧化和熱處理工藝（95）
3.3 磁性隧道結(jié)的電極和勢壘等常用材料（98）
3.3.1 具有高自旋極化率的鐵磁單質(zhì)金屬及其合金材料（98）
3.3.2 具有高自旋極化率的半金屬電極材料（99）
3.3.3 具有垂直各向異性的金屬磁電極材料（100）
3.3.4 稀磁半導體電極材料（100）
3.3.5 磁隧道結(jié)的勢壘材料（103）
3.3.6 磁性隧道結(jié)中的幾種有代表性的反鐵磁釘扎材料（109）
3.4 磁性隧道結(jié)的種類（109）
3.4.1 三明治結(jié)構(gòu)磁性隧道結(jié)（109）
3.4.2 自旋閥式釘扎型磁性隧道結(jié)（110）
3.4.3 雙勢壘磁性隧道結(jié)（111）
3.4.4 半金屬磁性隧道結(jié)（112）
3.4.5 垂直各向異性磁性隧道結(jié)（115）
3.4.6 稀磁半導體復合型磁性隧道結(jié)（117）
3.4.7 超導復合型磁性隧道結(jié)（123）
3.4.8 顆粒膜復合型磁性隧道結(jié)（124）
3.4.9 有機復合型磁性隧道結(jié)（130）
3.4.10 多鐵性復合磁性隧道結(jié)（137）
3.4.11 平面型自旋閥結(jié)構(gòu)（140）
3.5 磁性隧道結(jié)中的量子效應及其磁電性質(zhì)（142）
3.5.1 磁性隧道結(jié)的磁電阻對溫度和偏壓依賴關系（142）
3.5.2 磁性隧道結(jié)中的非彈性隧道譜（147）
3.5.3 自旋極化電子的磁激子、聲子及雜質(zhì)輔助隧穿（152）
3.5.4 磁性隧道結(jié)Co（001）/Cu（001）/Al-O/NiFe 中的量子阱效應（161）
3.5.5 磁性隧道結(jié)的反�；魻栃�應（163）
3.5.6 雙勢壘磁性隧道結(jié)中的磁電阻振蕩效應（165）
3.5.7 雙勢壘磁性隧道結(jié)中的順序隧穿模型（172）
3.5.8 雙勢壘磁性隧道結(jié)中的自旋散射效應和自旋翻轉(zhuǎn)長度（174）
3.5.9 雙勢壘磁性隧道結(jié)中的自旋相關庫侖阻塞磁電阻效應（180）
3.5.10 非磁性電極隧道結(jié)中的自旋相關庫侖阻塞磁電阻效應（185）
3.6 單晶磁性隧道結(jié)的第一性原理計算和研究方法（191）
3.6.1 Layer Korringa-Kohn-Rostoker 第一性原理計算方法（192）
3.6.2 單晶磁性隧道結(jié)Fe/MgO/Fe的隧穿磁電阻效應（195）
3.6.3 單晶磁性隧道結(jié)Fe/FeO/MgO/Fe的隧穿磁電阻效應（198）
3.6.4 單晶磁性隧道結(jié)Fe/Mg/MgO/Fe和Fe/Mg/MgO/Mg/Fe的隧穿磁電阻效應（198）
3.6.5 單晶磁性隧道結(jié)Fe/MgO/（Au， Ag）/Fe 中的量子阱效應（202）
3.6.6 單晶雙勢壘磁性隧道結(jié)Fe/MgO/Fe/MgO/Fe 的量子阱效應（204）
3.6.7 單晶磁性隧道結(jié)Co/MgO/Co 的隧穿磁電阻效應（207）
3.6.8 單晶磁性隧道結(jié)Fe/Co/MgO/Co/Fe的高隧穿磁電阻效應（208）
3.6.9 單晶磁性隧道結(jié)CoFe/MgO/CoFe的能帶結(jié)構(gòu)及磁電阻特性（209）
3.6.10 單晶磁性隧道結(jié)Fe/MgO/Cr/Fe的振蕩隧穿磁電阻效應（210）
3.6.11 磁性隧道結(jié)CoFeB/MgO（001）/CoFeB的晶體結(jié)構(gòu)和磁電阻效應（215）
3.6.12 磁性隧道結(jié)新勢壘MgAl2O4、ZnAl2O4、SiMg2O4、SiZn2O4等材料的探索（217）
3.7 有機復合磁性隧道結(jié)的第一性原理計算方法簡介（220）
3.7.1 有機復合磁性隧道結(jié)實驗及理論背景（220）
3.7.2 第一性原理與非平衡格林函數(shù)（225）
3.7.3 納米分子器件的自旋相關輸運問題（231）
3.7.4 鐵磁/有機LB膜勢壘/鐵磁-復合型磁性隧道結(jié)的計算研究（233）
3.7.5 NaCl單晶勢壘磁性隧道結(jié)的自旋相關輸運問題（236）
3.8 磁性隧道結(jié)中的自旋轉(zhuǎn)移力矩效應及其應用（239）
3.8.1 磁性隧道結(jié)中的自旋轉(zhuǎn)移力矩效應（239）
3.8.2 納米環(huán)狀磁性隧道結(jié)中的自旋轉(zhuǎn)移力矩效應（245）
3.8.3 納米橢圓環(huán)狀磁性隧道結(jié)中的自旋轉(zhuǎn)移力矩效應（257）
3.8.4 納米環(huán)狀磁性隧道結(jié)在納米振蕩器中的應用（259）
3.8.5 納米柱狀磁性隧道結(jié)在納米振蕩器中的應用（260）
3.9 磁性隧道結(jié)在原理型和實際器件應用上的典型范例（262）
3.9.1 磁性隧道結(jié)在計算機磁讀頭方面的應用（263）
3.9.2 磁性隧道結(jié)在磁敏傳感器方面的應用（265）
3.9.3 磁性隧道結(jié)在磁隨機存儲器方面的應用（270）
3.9.4 磁性隧道結(jié)在自旋晶體管和場效應晶體管方面的應用（277）
3.9.5 磁性隧道結(jié)在磁邏輯器件方面的應用（281）
3.9.6 磁性隧道結(jié)在憶阻器方面的應用（284）
3.10 磁性隧道結(jié)的研究展望（286）
第3章 附錄磁性隧道結(jié)的發(fā)展歷史及其有代表性的優(yōu)化結(jié)構(gòu)（292）
參考文獻（299）
第4章 龐磁電阻材料 劉俊明 王克鋒（327）
4.1 錳氧化物的結(jié)構(gòu)及其龐磁電阻效應（328）
4.1.1 錳氧化物的晶格和電子結(jié)構(gòu)（328）
4.1.2 龐磁電阻效應和組分調(diào)節(jié)（334）
4.1.3 層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物的性質(zhì)及其磁電阻效應（341）
4.1.4 其他龐磁電阻材料（345）
4.2 鈣鈦礦錳氧化物的電荷/軌道有序相（345）
4.2.1 錳氧化物的電荷和軌道有序態(tài)（346）
4.2.2 錳氧化物的電荷和軌道有序態(tài)的融化（350）
4.3 鈣鈦礦錳氧化物的輸運性質(zhì)（351）
4.3.1 高溫輸運性質(zhì)——極化子輸運（352）
4.3.2 低溫輸運性質(zhì)——本征輸運（354）
4.4 龐磁電阻效應的機制——相分離圖像（355）
4.4.1 早期的理論模型（355）
4.4.2 錳氧化物的理論模型——模型和參數(shù)（356）
4.4.3 錳氧化物的理論模型——單軌道模型、雙軌道模型和相分離（357）
4.4.4 錳氧化物不均勻性的試驗證據(jù)——理論同試驗的比較（360）
4.4.5 相分離圖像下輸運性質(zhì)和龐磁電阻效應（362）
4.5 錳氧化物的低場磁電阻效應（367）
4.5.1 錳氧化物的低場磁電阻效應及其理論模型（367）
4.5.2 低場磁電阻效應的增強（369）
4.6 錳氧化物在自旋電子學中的應用（373）
4.6.1 基于錳氧化物的磁隧道結(jié)（373）
4.6.2 基于錳氧化物的電場效應器件（377）
4.6.3 高溫超導銅氧化物/錳氧化物夾心結(jié)構(gòu)和自旋極化載流子注入（383）
4.7 龐磁電阻材料目前存在的問題和展望（387）
參考文獻（389）
第5章 稀磁半導體的研究進展 趙建華 鄧加軍 鄭厚植（394）
5.1 引言（394）
5.2（Ga，Mn）As 薄膜制備及其結(jié)構(gòu)特征（397）
5.3（Ga，Mn）As 磁性質(zhì)（401）
5.4（Ga，Mn）As 磁輸運性質(zhì)（405）
5.5（Ga，Mn）As 磁光性質(zhì)（410）
5.5.1 磁圓偏振光二色性譜（MCD 譜）（411）
5.5.2 法拉第旋轉(zhuǎn)（413）
5.5.3 拉曼散射譜（414）
5.5.4 鐵磁共振譜（416）
5.6 提高（Ga，Mn）As 居里溫度的方法（417）
5.6.1 生長后低溫退火熱處理（418）
5.6.2 共摻雜（421）
5.7 空穴載流子導致鐵磁性（424）
5.8（Ga，Mn）As的異質(zhì)結(jié)構(gòu)（429）
5.8.1（Ga，Mn）As 和GaAs的帶階（429）
5.8.2（Ga，Mn）As/GaAs多層膜結(jié)構(gòu)（430）
5.8.3（Ga，Mn）As基三層膜結(jié)構(gòu)的自旋相關散射、層間耦合和隧穿磁阻（431）
5.8.4（Ga，Mn）As自旋共振隧穿二極管（433）
5.9（Ga，Mn）As鐵磁性的電場控制（433）
5.10 半導體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的自旋注入（438）
5.10.1（Ga，Mn）As等稀磁半導體向半導體的自旋注入（438）
5.10.2 鐵磁金屬向半導體中的自旋注入（441）
5.11 其他稀磁半導體的研究進展（442）
5.11.1 GaN基稀磁半導體（442）
5.11.2 Ⅳ族稀磁半導體（443）
5.11.3 Ⅲ-Ⅵ族稀磁半導體（445）
5.11.4 Ⅳ-Ⅵ族稀磁半導體（445）
5.11.5 氧化物稀磁半導體（446）
5.11.6 稀磁半導體量子點（446）
5.12 展望（448）
參考文獻（449）
第6章 磁電阻理論 邢定鈺夏鈳（456）
6.1 引言（456）
6.2 鐵磁金屬電子結(jié)構(gòu)（459）
6.3 雜質(zhì)散射（463）
6.4 單界面（466）
6.4.1 彈道方式（466）
6.4.2 考慮能帶效應下的界面電導（468）
6.4.3 自旋積累效應（471）
6.4.4 鐵磁體/超導體界面的Andreev反射效應（473）
6.5 磁電電路理論（474）
6.6 鐵磁隧道結(jié)的隧穿磁電阻效應（478）
6.6.1 非相干的電子隧穿（478）
6.6.2 電子的相干隧穿（481）
6.7 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物的龐磁電阻效應（484）
6.7.1 未摻雜LaMnO3的電子自旋、電荷和軌道（485）
6.7.2 摻雜LaMnO3的雙交換機理（487）
6.7.3 錳氧化物中的量子相變（489）
參考文獻（492）
第7章 交換偏置 周仕明（498）
7.1 引言（498）
7.2 交換偏置的基本特征（499）
7.3 基本測量方法（514）
7.4 理論模型（519）
參考文獻（527）
第8章 自旋角動量轉(zhuǎn)移效應 蘇剛（534）
8.1 引言（534）
8.2 自旋轉(zhuǎn)移效應的提出（537）
8.3 幾類磁性多層納米結(jié)構(gòu)中的自旋轉(zhuǎn)移效應（542）
8.3.1 磁性隧道結(jié)中的自旋轉(zhuǎn)移效應（542）
8.3.2 鐵磁體-Marginal費米液體-鐵磁體雙隧道結(jié)中的自旋轉(zhuǎn)移效應（546）
8.3.3 鐵磁體-量子點-鐵磁體耦合系統(tǒng)中的自旋轉(zhuǎn)移效應（548）
8.4 自旋轉(zhuǎn)移效應對疇壁動力學的影響（552）
8.5 自旋轉(zhuǎn)移效應的實驗進展（556）
8.6 結(jié)束語（559）
參考文獻（561）
第9章 自旋動量矩轉(zhuǎn)移矩對傳統(tǒng)技術(shù)磁化的發(fā)展 翟宏如（564）
9.1 自旋動量矩轉(zhuǎn)移，物理和技術(shù)上的歷史性突破（564）
9.2 傳統(tǒng)鐵磁學中的磁場誘導磁化（566）
9.2.1 磁化的可逆轉(zhuǎn)動和不可逆轉(zhuǎn)動（Stoner-Wohlfarth 模型）（567）
9.2.2 可逆和不可逆疇壁位移（568）
9.2.3 磁疇轉(zhuǎn)動與反磁化的動力過程（569）
9.2.4 疇壁位移的動態(tài)過程（571）
9.2.5 用交變磁場研究磁矩進動、鐵磁共振（573）
9.2.6 磁矩進動的時間域測量（577）
9.2.7 磁場誘導磁化過程小結(jié)（578）
9.3 電流的自旋轉(zhuǎn)移力矩（STT） 誘導磁化的主要進展和特點（578）
9.3.1 磁場誘導與電流誘導磁化機理的相同之處與特征（578）
9.3.2 STT導致的磁化轉(zhuǎn)動和磁化反轉(zhuǎn)（579）
9.3.3 STT導致的磁矩持續(xù)進動及自旋波的激發(fā)（581）
9.3.4 STT誘導的疇壁位移（585）
9.3.5 自旋泵浦、自旋流和非局域自旋進動阻尼（587）
9.4 結(jié)束語（589）
參考文獻（590）
第10章 磁電子學器件應用原理 蔡建旺（596）
10.1 巨磁電阻、隧穿磁電阻傳感器（596）
10.1.1 巨磁電阻傳感器設計兩要素（597）
10.1.2 多層膜巨磁電阻傳感器（599）
10.1.3 自旋閥方向傳感器（601）
10.1.4 線性化自旋閥傳感器（603）
10.1.5 自旋閥線性位移傳感器（606）
10.1.6 磁隧道結(jié)隧穿磁電阻傳感器（608）
10.2 巨磁電阻隔離器（609）
10.3 巨磁電阻、隧穿磁電阻硬盤讀出磁頭（612）
10.3.1 巨磁電阻磁頭的自旋閥單元工作的要點（615）
10.3.2 高密度巨磁電阻讀頭發(fā)展對自旋閥材料的新要求（618）
10.3.3 基于磁隧道結(jié)的新一代讀出磁頭（620）
10.4 磁電阻隨機存儲器（622）
10.4.1 各向異性磁電阻隨機存儲器的歷史（624）
10.4.2 巨磁電阻隨機存儲器的新篇章（627）
10.4.3 隧穿磁電阻隨機存儲器的新起點（629）
10.4.4 單配晶體管型隧穿磁電阻隨機存儲器面面觀（632）
10.4.5 觸發(fā)器型隧穿磁電阻隨機存儲器的新特點（636）
10.5 自旋轉(zhuǎn)移磁化反轉(zhuǎn)與納米柱微波振蕩器（637）
10.6 自旋晶體管——磁電子器件的新理念（640）
10.6.1 全金屬雙極性自旋晶體管（640）
10.6.2 半導體雙極性自旋晶體管（642）
10.6.3 Datta-Das自旋場效應晶體管（643）
10.6.4 熱電子自旋晶體管（644）
10.7 結(jié)束語（647）
參考文獻（648）
彩圖（653）