本书由工作在自旋电子学研究领域里的国内外50余位学者撰写而成。全书分两卷、共28章，各章均由该领域富有研究经验的知名专家负责，较全面地介绍和论述了目前自旋电子学研究领域中的各个重要研究方向及其进展，并重点关注自旋电子学的关键材料探索、物理效应研究及其原理型器件的设计开发和实际应用。
样章试读
目录
- 《纳米科学与技术》丛书序
现代磁学的黄金时期
Golden Era of Modern Magnetism
上卷
第1章磁性纳米多层膜巨磁电阻效应及其器件1
1.1背景简介1
1.2巨磁电阻效应的发现、理论及其应用3
1.2.1巨磁电阻效应的发现和典型实验结果3
1.2.2巨磁电阻效应的理论模型10
1.2.3巨磁电阻效应的应用12
1.3巨磁电阻的影响13
1.3.1隧穿磁电阻14
1.3.2庞磁电阻15
1.3.3铁磁半导体中的磁电阻15
1.3.4纳米线以及有机体系中的磁电阻18
1.3.5非磁体系中的磁电阻效应19
1.4结论与展望20
参考文献21
第2章磁性颗粒膜中的巨磁电阻效应29
2.1磁性颗粒膜中的超顺磁性超顺磁性29
2.1.1铁磁性颗粒的磁性29
2.1.2铁磁性颗粒集合体的超顺磁性33
2.2金属/金属型磁性颗粒膜的巨磁电阻效应35
2.2.1理论解释36
2.2.2金属/金属型颗粒膜GMR效应的影响因素40
2.3金属/绝缘体型磁性颗粒膜的巨磁电阻效应44
2.4磁性纳米粒子组装颗粒膜纳米粒子组装颗粒膜的巨磁电阻效应50
2.5结束语59
参考文献60· x ·第3章磁性隧道结及隧穿磁电阻相关效应65
3.1引言：磁性隧道结及其发展历程65
3.2基于不同势垒材料的单势垒磁性隧道结69
3.2.1基于非晶AlO势垒的磁性隧道结69
3.2.2基于单晶γAl2O3势垒的磁性隧道结75
3.2.3基于非晶TiO势垒的磁性隧道结76
3.2.4基于单晶MgO(001)势垒单晶MgO(001)势垒的磁性隧道结77
3.2.5基于尖晶石MgAl2O4(001)等新型势垒的磁性隧道结82
3.2.6基于有机材料势垒的磁性隧道结85
3.2.7基于半导体材料势垒的磁性隧道结90
3.2.8基于其他势垒的磁性隧道结92
3.3磁性隧道结中常用电极材料92
3.3.1基于单质铁磁金属材料的磁性隧道结93
3.3.2基于高自旋极化率铁磁金属合金材料的磁性隧道结93
3.3.3具有高自旋极化率的半金属电极材料半金属电极材料94
3.3.4基于垂直磁各向异性垂直磁各向异性磁电极材料的磁性隧道结97
3.3.5基于稀磁半导体电极材料的磁性隧道结99
3.3.6基于插层和复合电极材料的磁性隧道结104
3.4双势垒磁性隧道结双势垒磁性隧道结109
3.4.1基于非晶AlO双势垒的磁性隧道结110
3.4.2基于单晶MgO(001）双势垒的磁性隧道结111
3.5磁性隧道结中的物理效应115
3.5.1自旋转移力矩效应自旋转移力矩效应115
3.5.2库仑阻塞磁电阻效应库仑阻塞磁电阻效应118
3.5.3磁电阻振荡效应121
3.5.4双势垒磁性隧道结中的量子阱共振隧穿效应量子阱共振隧穿效应122
3.5.5磁性隧道结中的电场效应124
3.5.6磁性隧道结中的热自旋效应124
3.6磁性隧道结在器件中的应用127
3.6.1硬盘驱动器磁读头128
3.6.2磁性传感器128
3.6.3磁随机存取存储器磁性随机存取存储器129
3.6.4自旋纳米振荡器129
3.6.5自旋逻辑器件130
3.6.6自旋晶体管、自旋场效应晶体管130
3.6.7自旋发光二极管自旋发光二极管130
3.7研究展望136
参考文献138
附录磁性隧道结的发展历史及其有代表性的优化结构152
第4章铁磁体/反铁磁体多层结构中交换偏置的最新进展161
4.1引言161
4.2反铁磁层对磁交换偏置效应的影响163
4.3铁磁体/非磁体/反铁磁体三层膜体系中的层间交换偏置耦合165
4.4铁磁体/反铁磁体/铁磁体三层膜体系中的层间交换偏置耦合交换偏置耦合167
4.5通过磁电效应实现交换偏置的电场控制168
4.6结语169
参考文献170
第5章磁性超薄膜中厚度诱导的自旋重取向相变177
5.1唯象性描述178
5.1.1零磁场下的自旋重取向相变178
5.1.2外加磁场下的自旋重取向相变180
5.2利用磁化曲线研究自旋重取向相变182
5.3利用微观成像技术研究自旋重取向相变186
5.4利用磁化率研究自旋重取向相变190
5.4.1厚度诱导自旋重取向相变中磁化率的理论模型191
5.4.2自旋重取向相变的磁化率实验研究及与理论的比较193
5.5总结196
参考文献198
· xi ·第6章钙钛矿结构锰氧化物中的庞磁电阻效应及其应用203
6.1钙钛矿结构锰氧化物的CMR效应203
6.2CMR锰氧化物的制备205
6.2.1多晶陶瓷205
6.2.2单晶206
6.2.3薄膜207
6.2.4纳米颗粒、线208
6.3CMR锰氧化物的物理性质210
6.3.1晶体结构210
6.3.2电子结构213
6.3.3磁结构217
6.3.4CMR锰氧化物的磁输运行为219
6.3.5各种掺杂效应和相图222
6.3.6电荷有序和轨道有序231
6.3.7相分离相分离236
6.3.8CMR效应的理论研究242
6.4CMR锰氧化物薄膜器件和应用246
6.4.1锰基异质结及其应用247
6.4.2CMR锰氧化物隧道结及其应用252
6.4.3CMR锰氧化物铁电场效应晶体管及其应用254
6.5小结256
参考文献257
· xii ·第7章自旋转移力矩效应自旋转移力矩效应271
7.1引言271
7.2自旋转移力矩的基本原理273
7.2.1自旋电流自旋电流、自旋力矩自旋力矩以及它们之间的联系273
7.2.2自由电子在非磁性金属和铁磁金属界面处的散射274
7.2.3自旋转移力矩在磁异质结中的特性277
7.3自旋转移力矩驱动的多层膜磁化动力学磁化动力学284
7.3.1LLG方程LLG方程与自旋转移力矩284
7.3.2磁化动力学：宏观磁矩模型宏观磁矩模型286
7.3.3磁化动力学：微磁学模型微磁学模型简介289
7.4磁性单层膜和双层膜结构中的自旋转移291
7.4.1不均匀铁磁金属单层膜中的自旋转移291
7.4.2顺磁金属/铁磁金属双层膜中的自旋转移296
7.5对自旋转移力矩的其他研究方向的展望299
7.5.1基于铁磁绝缘体的自旋转移299
7.5.2热驱动自旋转移力矩300
7.5.3自旋转移力矩的逆效应300
7.5.4其他磁性材料中的自旋转移效应301
参考文献303
第8章自旋转移力矩效应和微磁学模拟技术313
8.1微磁学微磁学基础理论313
8.1.1布朗（Brown）稳态方程313
8.1.2磁动力学方程315
8.1.3数值模拟方法318
8.1.4微磁学计算中的单位约化323
8.2微磁学新进展324
8.2.1自旋转移力矩效应自旋转移力矩效应324
8.2.2Rashba效应Rashba效应329
8.2.3LandauLifshitzBloch方程LandauLifshitzBloch方程330
8.2.4自洽Bloch方程332
8.2.5原子尺度的微磁学原子尺度的微磁学模型333
8.3STT驱动的磁化翻转及微磁学模拟334
8.3.1STT效应的研究进展334
8.3.2STT驱动的磁化翻转微磁学模拟335
8.4STT驱动的磁涡旋极性翻转338
8.5STT驱动的自旋波激发342
8.5.1STT驱动的磁振荡342
8.5.2面内垂直双自旋极化结构343
8.6原子尺度的微磁学模拟345
8.6.1稀土过渡金属合金材料345
8.6.2三温度模型346
8.6.3稀土过渡金属薄膜材料的微磁学模型及激光退磁过程347
8.7结束语348
参考文献349
· xiii ·第9章铁磁共振和自旋波的电检测技术及其在自旋电子学方面的新应用
359
9.1电检测铁磁共振技术的物理原理362
9.2电检测铁磁共振信号的定量分析方法364
9.2.1磁化强度的进动364
9.2.2广义欧姆定律广义欧姆定律366
9.2.3自旋整流效应的定量分析和角对称性368
9.3铁磁共振和自旋波电检测技术的应用371
9.3.1GaMnAs薄膜中的自旋激发371
9.3.2相分辨铁磁共振谱相分辨铁磁共振谱372
9.3.3自旋波自旋波共振的电检测374
9.3.4非线性铁磁共振非线性铁磁共振和自旋波375
9.3.5异质结自旋器件中自旋泵浦效应和自旋整流效应的区分378
9.3.6微波磁场矢量探测器微波磁场矢量探测器380
9.3.7微波相位成像微波相位成像381
9.4结语383
参考文献385
第10章磁性纳米异质受限结构中的自旋和热电输运量子理论389
10.1引言389
10.2单磁性隧道结中自旋相关输运定态理论390
10.2.1无自旋的转移哈密顿量391
10.2.2单隧道结系统的哈密顿量392
10.2.3利用非平衡格林函数计算电流和电导394
10.2.4电导和隧穿磁致电阻效应隧穿磁电阻效应395
10.2.5单磁性隧道结中的自旋转移力矩397
10.2.6电子电子相互作用对电导的影响399
10.3双磁性隧道结中自旋相关输运定态理论399
10.3.1中心区为铁磁膜399
10.3.2中心区为超导体402
10.3.3中心区为量子点405
10.3.4中心区为一臂镶嵌了量子点的AharonovBohm环408
10.3.5自旋过滤自旋过滤：铁磁体量子点半导体双隧道结系统409
10.4自旋相关的含时输运理论412
10.4.1多铁磁端口器件：中心区存在随时间变化的栅电压412
10.4.2单磁性隧道结中含时外场对电流和自旋转移力矩的影响418
10.5具有自旋轨道耦合的量子环和自旋场效应管中激光激发的自旋动
力学420
10.5.1量子环420
10.5.2光控自旋场效应管光控自旋场效应管421
10.6自旋热电输运理论422
10.6.1热功率热功率、Peltier系数和热导率热导率423
10.6.2WiedemannFranz定律WiedemannFranz定律425
10.7总结425
参考文献427
· xiv ·第11章各种霍尔效应及其输运性质和应用433
11.1霍尔效应霍尔效应的研究简史433
11.2霍尔效应分类霍尔效应分类介绍434
11.2.1正常霍尔效应正常霍尔效应434
11.2.2反常霍尔效应反常霍尔效应440
11.2.3平面霍尔效应平面霍尔效应446
11.2.4自旋霍尔效应自旋霍尔效应449
11.2.5量子霍尔效应量子霍尔效应461
11.3本章小结464
参考文献465
第12章自旋霍尔效应、反常霍尔效应和拓扑绝缘体471
12.1整数量子霍尔效应471
12.2量子反常霍尔效应量子反常霍尔效应472
12.3量子自旋霍尔效应量子自旋霍尔效应475
参考文献479
· xv ·第13章介观器件中的自旋轨道耦合和自旋流483
13.1引言483
13.2自旋电子器件的理论基础485
13.2.1含有自旋轨道耦合的实空间哈密顿量485
13.2.2含有自旋轨道耦合的二次量子化哈密顿量486
13.3纳米器件中的自旋积累和自旋极化流493
13.3.1半导体中的自旋极化流493
13.3.2量子点中的自旋积累496
13.4介观小环中的持续自旋流502
13.4.1产生持续自旋流的物理图像502
13.4.2自旋轨道耦合正常复合介观小环中的持续自旋流503
13.5自旋流定义507
13.5.1线自旋流、角自旋流和连续性方程507
13.5.2一个例子：一维体系自旋流510
13.6自旋流产生的电场511
13.7展望513
参考文献514
第14章半导体中的自旋轨道耦合及其物理效应519
14.1引言519
14.2半导体中的自旋轨道耦合522
14.2.1有效质量理论有效质量理论522
14.2.2半导体量子阱中的Rashba自旋劈裂Rashba自旋劈裂524
14.3窄禁带半导体量子阱中的本征自旋霍尔效应本征自旋霍尔效应529
14.3.18带模型计算本征自旋霍尔效应530
14.3.2速度顶角修正——梯图近似534
14.3.3HgCdTe/CdTe量子阱中量子相变致本征自旋霍尔效应本征自旋霍尔效应535
14.4拓扑绝缘体拓扑绝缘体538
14.4.1拓扑绝缘体中的反常电子轨道540
14.4.2拓扑绝缘体表面电子引发的可控RKKY相互作用RKKY相互作用543
14.4.3拓扑绝缘体量子点545
14.4.4极化场驱动的拓扑绝缘体量子相变549
14.5结束语551
参考文献553
· xvi ·第15章磁性阻挫系统561
15.1自旋系统中阻挫的引入561
15.2经典自旋体系中的磁性阻挫562
15.2.1二维几何阻挫Ising模型562
15.2.2三维几何阻挫系统与自旋冰自旋冰564
15.2.3连续自旋模型与计算模拟566
15.3量子自旋体系中的磁性阻挫567
15.3.1一维Heisenberg链与阻挫驱动的量子相变量子相变567
15.3.2二维J1J2模型与无序诱导的有序无序诱导的有序567
15.3.3阻挫自旋系统的低能磁激发568
15.3.4量子自旋液体与分数激发分数激发570
15.4展望571
参考文献572
索引575
彩图
下卷
第16章热自旋电子学581
16.1卡诺电子学卡诺电子学的发展背景581
16.2自旋相关热电理论自旋相关热电理论及实验进展583
16.2.1塞贝克效应塞贝克效应及其理论583
16.2.2双电流模型588
16.2.3自旋相关热电理论589
16.2.4自旋相关热电效应实验自旋相关热电效应实验进展590
16.3自旋塞贝克效应及其相关效应591
16.3.1自旋霍尔效应和逆自旋霍尔效应591
16.3.2自旋塞贝克效应592
16.3.3自旋能斯特效应自旋能斯特效应593
16.3.4Pt邻近效应Pt邻近效应594
16.3.5自旋霍尔磁电阻自旋霍尔磁电阻596
16.4磁性隧道结597
16.4.1磁性隧道结的热电理论磁性隧道结的热电理论计算598
16.4.2磁性隧道结的热电实验磁性隧道结的热电实验进展598
16.5热诱导的自旋转移力矩热诱导的自旋转矩600
16.6结束语601
参考文献601
· xvii ·第17章IIIV族磁性半导体（Ga,Mn）As磁性半导体（Ga,Mn）As605
17.1pd交换作用pd交换作用Zener 模型Zener 模型606
17.2高居里温度（Ga,Mn）As的制备607
17.2.1重Mn掺杂重Mn掺杂607
17.2.2自上而下微纳加工（Ga,Mn）As纳米条（Ga,Mn）As纳米条612
17.2.3自下而上自组织生长（Ga,Mn）As纳米线（Ga,Mn）As纳米线618
17.2.4磁邻近效应磁邻近效应621
17.3（Ga,Mn）As的自旋超快动力学624
17.3.1电子自旋超快激发电子自旋超快激发与弛豫动力学过程及其相关物理机制624
17.3.2光控磁化翻转光控磁化翻转及其动力学过程研究627
17.3.3全光相干自旋波激发全光相干自旋波激发与动力学过程研究628
17.4（Ga,Mn）As的费米能级问题631
17.4.1价带模型价带模型631
17.4.2杂质带模型杂质带模型633
17.5基于（Ga,Mn）As的器件物理效应634
17.5.1电场调控电场调控磁化矢量的转动634
17.5.2电场调控电场调控居里温度637
17.5.3铁磁金属/（Ga,Mn）As复合隧道结复合隧道结638
17.6展望640
参考文献642
第18章氧化物稀磁半导体氧化物稀磁半导体649
18.1研究背景649
18.1.1引言649
18.1.2稀磁半导体的发展历程649
18.2氧化物稀磁半导体薄膜的制备651
18.2.1制备方法651
18.2.2制备条件652
18.3氧化物稀磁半导体的结构及表征656
18.3.1氧化物半导体的晶体结构与特性656
18.3.2氧化物稀磁半导体结构表征657
18.4氧化物稀磁半导体的磁性664
18.4.13d过渡金属掺杂氧化物稀磁半导体664
18.4.2共掺杂氧化物稀磁半导体666
18.4.3非磁性元素掺杂和不掺杂的氧化物稀磁半导体668
18.5氧化物稀磁半导体的输运性质669
18.5.1载流子浓度与铁磁性的关系669
18.5.2反常霍尔效应672
18.6氧化物稀磁半导体的理论计算673
18.6.1第一性原理计算方法673
18.6.2磁交换能的计算674
18.6.3电子结构分析676
18.6.4TC的计算678
18.7氧化物稀磁半导体的磁性产生模型680
18.7.1载流子诱导的铁磁性理论680
18.7.2束缚磁极子理论682
18.7.3电荷转移的铁磁性理论684
18.8氧化物稀磁半导体及其异质结中的磁电阻效应686
18.8.1氧化物稀磁半导体的磁电阻效应686
18.8.2氧化物稀磁半导体基的磁性隧道结688
18.9总结与展望690
参考文献691
· xviii ·第19章有机半导体异质结构及其磁电阻效应701
19.1垂直结构有机自旋阀器件的制备701
19.2铁磁有机界面的自旋注入704
19.3有机半导体中的自旋弛豫708
19.4有机材料中的隧穿磁电阻现象710
19.5自旋调控的有机电子学器件有机电子学器件713
19.6小结715
参考文献716
第20章有机复合磁性纳米结构中的理论计算研究721
20.1有机复合磁性纳米结构简介721
20.2基于有机复合磁性纳米结构的理论简介722
20.2.1唯象的理论方法72320.2.2第一性原理有机物金属界面的计算方法723
20.2.3非平衡态格林函数方法725
20.2.4其他效应的理论方法727
20.3有机复合磁性纳米结构的结构特性728
20.3.1有机物磁性金属界面有机物磁性金属界面728
20.3.2有机物绝缘体界面729
20.3.3双面有机物磁性金属结合的结构730
20.3.4其他与有机物相关的界面结构731
20.4有机复合磁性纳米结构的自旋相关输运特征732
20.4.1基于有机物的隧穿磁电阻效应隧穿磁电阻效应732
20.4.2与有机物相关的界面耦合效应界面耦合效应734
20.4.3自旋相关杂化自旋相关杂化对输运的影响735
20.4.4电流驱动下的有机物结构转变效应746
20.4.5其他有机物中的自旋相关输运特性748
20.5有机磁性纳米复合结构的应用前景展望749
20.5.1与自旋相关的有机随机存储器有机随机存储器749
20.5.2有机自旋晶体管750
20.5.3基于有机材料的自旋发光二极管750
20.5.4基于有机物的自旋流发射源752
20.6总结与展望752
参考文献754
· xix ·第21章碳基自旋电子学碳基自旋电子学761
21.1基于石墨烯的自旋电子学761
21.1.1石墨烯石墨烯简介761
21.1.2自旋注入763
21.1.3石墨烯自旋阀器件石墨烯自旋阀器件763
21.1.4自旋输运和自旋调控766
21.1.5基于石墨烯纳米带石墨烯纳米带的自旋电子学769
21.1.6小结770
21.2基于碳纳米管的自旋电子学771
21.2.1碳纳米管碳纳米管简介771
21.2.2碳纳米管自旋阀器件碳纳米管自旋阀器件771
21.2.3碳管中的自旋输运和调控772
21.2.4小结772
21.3基于有机半导体和富勒烯的自旋阀器件有机半导体和富勒烯的自旋阀器件772
21.4总结和展望773
参考文献774
第22章单相多铁性材料与磁电耦合效应779
22.1多铁性材料的发展历史779
22.2多铁性材料与磁电耦合781
22.3单相多铁性材料的分类783
22.4第I类多铁性材料783
22.4.1方硼盐和含d0构型离子的钙钛矿氧化物783
22.4.26s2孤对电子导致的铁电性784
22.4.3结构相变导致的铁电性787
22.4.4电荷有序导致的铁电性790
22.5第II类多铁性材料793
22.5.1交换收缩导致的铁电性793
22.5.2非共线螺磁结构导致的铁电性797
22.6单相多铁性材料的应用及原型器件804
22.7总结和展望807
参考文献808
第23章多铁性材料BiFeO3的性质和应用815
23.1BFO的晶体结构815
23.1.1单晶BFO的晶体结构和相变815
23.1.2BFO薄膜——应力作用下的低对称相819
23.2BFO的电学性质822
23.2.1BFO的输运性质822
23.2.2BFO的铁电性823
23.2.3铁电畴铁电畴和畴壁畴壁826
23.3BFO中的磁有序和磁电耦合效应831
23.3.1BFO的磁结构832
23.3.2BFO中的磁电耦合效应837
23.4基于BFO异质结的交换耦合作用及器件应用839
23.5开放性问题和未来的研究方向847
参考文献851
· xx ·第24章基于磁电耦合效应的电控磁性研究861
24.1多铁体中的电控磁性861
24.1.1BiFeO3中的电控磁性BiFeO3中的电控磁性861
24.1.2其他多铁异质结中的电控磁性866
24.1.3多铁体中电控磁性的其他表现形式871
24.2基于Rashba自旋轨道耦合作用的电控自旋872
24.2.1自旋轨道耦合作用简介872
24.2.2半导体材料中自旋轨道耦合效应875
24.2.3金属表面Rashba自旋轨道耦合作用879
24.2.4其他一些材料中的Rashba自旋轨道耦合作用883
24.2.5基于Rashba自旋轨道耦合作用的量子自旋器件884
24.3电控磁晶各向异性电控磁各向异性885
24.3.1铁磁/铁电异质结中电场对磁各向异性的调控886
24.3.2外加电场对于材料磁各向异性的影响889
24.3.3基于电场调控磁各向异性的相关器件的研究893
24.4广义磁电效应899
参考文献905
第25章自旋结构的高分辨电子显微测量技术913
25.1自旋极化低能电子显微术913
25.1.1简介913
25.1.2SPLEEM工作原理914
25.1.3SPLEEM仪器介绍918
25.1.4典型SPLEEM实验举例921
25.2洛伦兹透射电子显微术926
25.2.1简介926
25.2.2洛伦兹透射电子显微镜原理927
25.2.3洛伦兹透射电子显微镜应用举例930
25.3同步辐射光电子激发电子显微镜同步辐射光电子激发电子显微术937
25.3.1同步辐射偏振X射线的实现937
25.3.2X射线吸收磁圆二色939
25.3.3X射线吸收磁线二色943
25.3.4光电子激发电子显微术944
25.4总结949
参考文献950
· xxi ·第26章微纳米加工技术及工艺957
26.1引言957
26.2薄膜沉积958
26.2.1磁控溅射958
26.2.2电子束蒸发沉积电子束蒸发沉积959
26.2.3分子束外延分子束外延959
26.2.4脉冲激光沉积脉冲激光沉积961
26.2.5化学气相沉积化学气相沉积961
26.2.6原子层沉积原子层沉积961
26.2.7电化学沉积电化学沉积962
26.3图形制作962
26.3.1光学曝光光学曝光技术962
26.3.2电子束曝光电子束曝光965
26.3.3纳米压印纳米压印967
26.3.4自组装技术自组装技术967
26.4图形转移968
26.4.1溶脱剥离工艺969
26.4.2刻蚀工艺971
26.5自旋电子器件的微纳米加工实例973
26.5.1磁性隧道结磁性隧道结器件的微纳米加工973
26.5.2自旋注入和探测器件的微制备977
参考文献979
· xxii ·第27章自旋电子学的器件应用981
27.1硬盘驱动器磁读头磁读头982
27.1.1硬盘驱动器磁记录发展历程简述982
27.1.2基于各向异性磁电阻的硬盘驱动器磁读头984
27.1.3基于巨磁电阻效应的硬盘驱动器磁读头985
27.1.4基于隧穿磁电阻效应的硬盘驱动器磁读头986
27.1.5硬盘驱动器磁读头的发展趋势987
27.2磁敏传感器磁敏传感器988
27.2.1磁敏传感器的种类及性能简介988
27.2.2各向异性磁电阻磁敏传感器991
27.2.3巨磁电阻磁敏传感器994
27.2.4巨磁电阻隔离器997
27.2.5隧穿磁电阻磁敏传感器1000
27.2.6磁敏传感器的应用1008
27.3磁随机存取存储器磁随机存取存储器1015
27.3.1磁随机存取存储器简介1015
27.3.2磁芯存储器1018
27.3.3基于各向异性磁电阻和巨磁电阻效应的磁随机存取存储器1019
27.3.4星型磁场驱动磁随机存取存储器1022
27.3.5热辅助式磁随机存取存储器1024
27.3.6嵌套型磁随机存取存储器1026
27.3.7基于STT效应的电流驱动型磁随机存取存储器1027
27.3.8基于纳米环以及纳米椭圆环状MTJ的磁随机存取存储器1038
27.3.9赛道型磁性存储器1045
27.3.10基于自旋轨道耦合效应的磁随机存取存储器1047
27.4自旋纳米振荡器自旋纳米振荡器1051
27.5自旋转矩二极管自旋转移力矩二极管1056
27.6自旋逻辑器件1058
27.7自旋晶体管自旋晶体管、自旋场效应晶体管自旋场效应晶体管1060
27.8自旋忆阻器自旋忆阻器1066
27.9自旋随机数字发生器自旋随机数字发生器1067
27.10自旋电子学和微电子学发展历史的对比及其展望1069
参考文献1072
· xxiii ·第28章自旋电子学发展态势分析1079
28.1引言1079
28.2自旋电子学领域SCI论文时空分布1082
28.2.1自旋电子学领域SCI论文发文量趋势及学科分布1082
28.2.2自旋电子学领域SCI论文排名前十位国家及科研机构1082
28.2.3自旋电子学领域项目资助情况1084
28.3自旋电子学领域专利时空分布1085
28.3.1自旋电子学领域专利申请量趋势1085
28.3.2自旋电子学领域专利申请量排名前十位国家及企业1086
28.3.3专利研发重点领域及各国技术布局差异：国际专利分类统计1087
28.3.4自旋电子学领域高被引专利：专利引证分析1087
28.4自旋电子学领域研究前沿可视化分析1090
28.4.1知识图谱可视化分析方法及模型1090
28.4.2自旋电子学研究前沿及发展趋势1091
28.5自旋电子学领域专利技术全景地图及竞争力分析1097
28.5.1自旋电子学领域专利技术全景地图1097
28.5.2磁读头、磁敏传感器和磁随机存储器技术领域专利趋势1100
28.5.3高价值专利及其专利权人竞争力分析1101
28.5.4专利侵权诉讼及涉诉专利重点分析1104
28.5.5自旋电子学技术领域国际市场专利保护策略1107
28.6展望1109
参考文献1110
索引1117
彩图
第20章有机复合磁性纳米结构中的理论计算研究721
20.1有机复合磁性纳米结构简介721
20.2基于有机复合磁性纳米结构的理论简介722
20.3有机复合磁性纳米结构的结构特性728
20.4有机复合磁性纳米结构的自旋相关输运特征732
20.5有机磁性纳米复合结构的应用前景展望749
20.6总结与展望752
参考文献754
· xix ·第21章碳基自旋电子学碳基自旋电子学761
21.1基于石墨烯的自旋电子学761
21.1.1石墨烯石墨烯简介761
21.1.2自旋注入763
21.1.3石墨烯自旋阀器件石墨烯自旋阀器件763
21.1.4自旋输运和自旋调控766
21.1.5基于石墨烯纳米带石墨烯纳米带的自旋电子学769
21.1.6小结770
21.2基于碳纳米管的自旋电子学771
21.2.1碳纳米管碳纳米管简介771
21.2.2碳纳米管自旋阀器件碳纳米管自旋阀器件771
21.2.3碳管中的自旋输运和调控772
21.2.4小结772
21.3基于有机半导体和富勒烯的自旋阀器件有机半导体和富勒烯的自旋阀器件772
21.4总结和展望773
参考文献774
第22章单相多铁性材料与磁电耦合效应779
22.1多铁性材料的发展历史779
22.2多铁性材料与磁电耦合781
22.3单相多铁性材料的分类783
22.4第I类多铁性材料783
22.4.1方硼盐和含d0构型离子的钙钛矿氧化物783
22.4.26s2孤对电子导致的铁电性784
22.4.3结构相变导致的铁电性787
22.4.4电荷有序导致的铁电性790
22.5第II类多铁性材料793
22.5.1交换收缩导致的铁电性793
22.5.2非共线螺旋磁结构导致的铁电性797
22.6单相多铁性材料的应用及原型器件804
22.7总结和展望807
参考文献808
第23章多铁性材料BiFeO3的性质和应用815
23.1BFO的晶体结构815
23.1.1单晶BFO的晶体结构和相变815
23.1.2BFO薄膜——应力作用下的低对称相819
23.2BFO的电学性质822
23.2.1BFO的输运性质822
23.2.2BFO的铁电性823
23.2.3铁电畴铁电畴和畴壁畴壁826
23.3BFO中的磁有序和磁电耦合效应831
23.3.1BFO的磁结构832
23.3.2BFO中的磁电耦合效应837
23.4基于BFO异质结的交换耦合作用及器件应用839
23.5开放性问题和未来的研究方向847
参考文献851
· xx ·第24章基于磁电耦合效应的电控磁性研究861
24.1多铁体中的电控磁性861
24.1.1BiFeO3中的电控磁性BiFeO3中的电控磁性861
24.1.2其他多铁异质结中的电控磁性866
24.1.3多铁体中电控磁性的其他表现形式871
24.2基于Rashba自旋轨道耦合作用的电控自旋872
24.2.1自旋轨道耦合作用简介872
24.2.2半导体材料中自旋轨道耦合效应875
24.2.3金属表面Rashba自旋轨道耦合作用879
24.2.4其他一些材料中的Rashba自旋轨道耦合作用883
24.2.5基于Rashba自旋轨道耦合作用的量子自旋器件884
24.3电控磁晶各向异性电控磁晶各向异性885
24.3.1铁磁/铁电异质结中电场对磁各向异性的调控886
24.3.2外加电场对于材料磁晶各向异性的影响889
24.3.3基于电场调控磁各向异性的相关器件的研究893
24.4广义磁电效应899
参考文献905
第25章自旋结构的高分辨电子显微测量技术913
25.1自旋极化低能电子显微术913
25.1.1简介913
25.1.2SPLEEM工作原理914
25.1.3SPLEEM仪器介绍918
25.1.4典型SPLEEM实验举例921
25.2洛伦兹透射电子显微术926
25.2.1简介926
25.2.2洛伦兹透射电子显微镜原理927
25.2.3洛伦兹透射电子显微镜应用举例930
25.3同步辐射光电子激发电子显微镜同步辐射光电子激发电子显微术937
25.3.1同步辐射偏振X射线的实现937
25.3.2X射线吸收磁圆二色939
25.3.3X射线吸收磁线二色943
25.3.4光电子激发电子显微术944
25.4总结949
参考文献950
· xxi ·第26章微纳加工技术及工艺957
26.1引言957
26.2薄膜沉积958
26.2.1磁控溅射958
26.2.2电子束蒸发沉积电子束蒸发沉积959
26.2.3分子束外延分子束外延959
26.2.4脉冲激光沉积脉冲激光沉积961
26.2.5化学气相沉积化学气相沉积961
26.2.6原子层沉积原子层沉积961
26.2.7电化学沉积电化学沉积962
26.3图形制作962
26.3.1光学曝光光学曝光技术962
26.3.2电子束曝光电子束曝光965
26.3.3纳米压印纳米压印967
26.3.4自组装技术自组装技术967
26.4图形转移968
26.4.1溶脱剥离工艺969
26.4.2刻蚀法971
26.5自旋电子器件的微纳加工实例973
26.5.1磁性隧道结磁性隧道结器件的微纳加工973
26.5.2自旋注入和探测器件的微制备977
参考文献979· xxii ·第27章自旋电子学的器件应用981
27.1硬盘驱动器磁读头磁读头982
27.1.1硬盘驱动器磁记录发展历程简述982
27.1.2基于各向异性磁电阻的硬盘驱动器磁读头984
27.1.3基于巨磁电阻效应的硬盘驱动器磁读头985
27.1.4基于隧穿磁电阻效应的硬盘驱动器磁读头986
27.1.5硬盘驱动器磁读头的发展趋势987
27.2磁敏传感器磁敏传感器988
27.2.1磁敏传感器的种类及性能简介988
27.2.2各向异性磁电阻磁敏传感器991
27.2.3巨磁电阻磁敏传感器994
27.2.4巨磁电阻隔离器997
27.2.5隧穿磁电阻磁敏传感器1000
27.2.6磁敏传感器的应用1008
27.3磁随机存取存储器磁随机存取存储器1015
27.3.1磁随机存取存储器简介1015
27.3.2磁芯存储器1018
27.3.3基于各向异性磁电阻和巨磁电阻效应的磁随机存取存储器1019
27.3.4星型磁场驱动磁随机存取存储器1022
27.3.5热辅助式磁随机存取存储器1024
27.3.6嵌套型磁随机存取存储器1026
27.3.7基于STT效应的电流驱动型磁随机存取存储器1027
27.3.8基于纳米环以及纳米椭圆环状MTJ的磁随机存取存储器1038
27.3.9赛道型磁性存储器1045
27.3.10基于自旋轨道耦合效应的磁随机存取存储器1047
27.4自旋纳米振荡器自旋纳米振荡器1051
27.5自旋转矩二极管自旋转移力矩二极管1056
27.6自旋逻辑器件1058
27.7自旋晶体管自旋晶体管、自旋场效应晶体管自旋场效应晶体管1060
27.8自旋忆阻器自旋忆阻器1066
27.9自旋随机数字发生器自旋随机数字发生器1067
27.10自旋电子学和微电子学发展历史的对比及其展望1069
参考文献1072
第28章自旋电子学发展态势分析1079
28.1引言1079
28.2自旋电子学领域SCI论文时空分布1082
28.2.1自旋电子学领域SCI论文发文量趋势及学科分布1082
28.2.2自旋电子学领域SCI论文排名前十位国家及科研机构1082
28.2.3自旋电子学领域项目资助情况1084
28.3自旋电子学领域专利时空分布1085
28.3.1自旋电子学领域专利申请量趋势1085
28.3.2自旋电子学领域专利申请量排名前十位国家及企业1086
28.3.3专利研发重点领域及各国技术布局差异：国际专利分类统计1087
28.3.4自旋电子学领域高被引专利：专利引证分析1087
28.4自旋电子学领域研究前沿可视化分析1090
28.4.1知识图谱可视化分析方法及模型1090
28.4.2自旋电子学研究前沿及发展趋势1091
28.5自旋电子学领域专利技术全景地图及竞争力分析1097
28.5.1自旋电子学领域专利技术全景地图1097
28.5.2磁读头、磁敏传感器和磁随机存储器技术领域专利趋势1100
28.5.3高价值专利及其专利权人竞争力分析1101
28.5.4专利侵权诉讼及涉诉专利重点分析1104
28.5.5自旋电子学技术领域国际市场专利保护策略1107
28.6展望1109
参考文献1110
索引1117
彩图
京公网安备 11010102004214号