自旋電子學

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自旋電子學 (Spintronics)(一个混成詞,意思是“自旋输运电子学”[1][2][3]),也被称为spinelectronicsfluxtronics,是除了基本的电子电荷之外,在固态电子器件电子内在自旋的及其关联磁矩的研究。

自旋电子学与更旧的磁电子学的不同之处在于旋转是既被磁场又被电场这两个场操纵。

自旋電子學是利用創新的方法,來操縱電子自旋自由度的科學,是一種新興技術。應用於自旋電子學的材料,需要具有較高的電子極化率,以及較長的電子鬆弛時間。許多新材料,例如磁性半導體半金屬等,近年來被廣泛的研究,以求能有符合自旋電子元件應用所需要的性質 [4]

历史[编辑]

自旋电子学是从1980年代在关于固态器件自旋相关的电子输运现象的发现中出现了。这包括由Johnson和Silsbee(1985年)[5]观测到自旋极化电子从铁磁金属中注入到普通金属,和独立地由阿尔贝·费尔(Albert Fert)等人[6],和彼得·格林贝格(Peter Grünberg)等人(1988年)发现的巨磁阻效应

理论[编辑]

电子的自旋是本征角动量,它由于其轨道运动是与角动量分离的。沿任意轴的电子的自旋的投影(projection )的量值为,这意味着电子作为遵守自旋统计定理的一个费米子。类似于轨道角动量,自旋具有相关联的磁矩,其大小被表示为

.

在固体中的许多电子的自旋可以共同行动来影响材料的磁性的和电子的特性,例如在铁磁性中赋予它永久性的磁矩。

應用[编辑]

硬碟磁頭是自旋電子學領域中,最早商業化的產品。此外,尚有許多充滿潛力的應用,例如磁性随机存储器(MRAM)、自旋場發射電晶體自旋發光二極體等。

基于半导体的自旋电子器件[编辑]

采用自旋极化的电子注入的应用已经显示门限电流降低和可控的圆偏振光相干光输出[7]。例子包括半导体激光器。未来的应用可以包括基于自旋晶体管具有超过MOSFET器件的优势,例如陡峭的亚阈值斜率。

參閱[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Wolf, S. A.; Chtchelkanova, A. Y.; Treger, D. M. Spintronics—A retrospective and perspective. IBM Journal of Research and Development. 2006, 50: 101. doi:10.1147/rd.501.0101. 
  2. ^ Physics Profile: "Stu Wolf: True D! Hollywood Story"[失效連結]Template:Cbignore
  3. ^ Spintronics: A Spin-Based Electronics Vision for the Future. Sciencemag.org (16 November 2001). Retrieved on 21 October 2013.
  4. ^ Assadi, M.H.N; 等. Theoretical study on copper's energetics and magnetism in TiO2 polymorphs (PDF). Journal of Applied Physics. 2013, 113 (23): 233913. arXiv:1304.1854. Bibcode:2013JAP...113w3913A. doi:10.1063/1.4811539. 
  5. ^ Johnson, M.; Silsbee, R. H. Interfacial charge-spin coupling: Injection and detection of spin magnetization in metals. Physical Review Letters. 1985, 55 (17): 1790–1793. Bibcode:1985PhRvL..55.1790J. doi:10.1103/PhysRevLett.55.1790. PMID 10031924. 
  6. ^ Baibich, M. N.; Broto, J. M.; Fert, A.; Nguyen Van Dau, F. N.; Petroff, F.; Etienne, P.; Creuzet, G.; Friederich, A.; Chazelas, J. Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices. Physical Review Letters. 1988, 61 (21): 2472–2475. Bibcode:1988PhRvL..61.2472B. doi:10.1103/PhysRevLett.61.2472. PMID 10039127. 
  7. ^ Holub, M.; Shin, J.; Saha, D.; Bhattacharya, P. Electrical Spin Injection and Threshold Reduction in a Semiconductor Laser. Physical Review Letters. 2007, 98 (14). Bibcode:2007PhRvL..98n6603H. doi:10.1103/PhysRevLett.98.146603. 

外部連結[编辑]