目錄
《納米科學(xué)與技術(shù)》叢書序
現(xiàn)代磁學(xué)的黃金時期
Golden Era of Modern Magnetism
上卷
第1章 磁性納米多層膜巨磁電阻效應(yīng)及其器件 1
1.1 背景簡介 1
1.2 巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)、理論及其應(yīng)用 3
1.2.1 巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和典型實驗結(jié)果 3
1.2.2 巨磁電阻效應(yīng)的理論模型 10
1.2.3 巨磁電阻效應(yīng)的應(yīng)用 12
1.3 巨磁電阻的影響 13
1.3.1 隧穿磁電阻 14
1.3.2 龐磁電阻 15
1.3.3 鐵磁半導(dǎo)體中的磁電阻 15
1.3.4 納米線以及有機體系中的磁電阻 18
1.3.5 非磁體系中的磁電阻效應(yīng) 19
1.4 結(jié)論與展望 20
參考文獻 21
第2章 磁性顆粒膜中的巨磁電阻效應(yīng) 29
2.1 磁性顆粒膜中的超順磁性 29
2.1.1 鐵磁性顆粒的磁性 29
2.1.2 鐵磁性顆粒集合體的超順磁性 33
2.2 金屬/金屬型磁性顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng) 35
2.2.1 理論解釋 36
2.2.2 金屬/金屬型顆粒膜GMR效應(yīng)的影響因素 40
2.3 金屬/絕緣體型磁性顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng) 44
2.4 磁性納米粒子組裝顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng) 50
2.5 結(jié)束語 59
參考文獻 60
第3章 磁性隧道結(jié)及隧穿磁電阻相關(guān)效應(yīng) 65
3.1 引言：磁性隧道結(jié)及其發(fā)展歷程 65
3.2 基于不同勢壘材料的單勢壘磁性隧道結(jié) 69
3.2.1 基于非晶Al-O勢壘的磁性隧道結(jié) 69
3.2.2 基于單晶γ-Al2O3勢壘的磁性隧道結(jié) 75
3.2.3 基于非晶Ti-O勢壘的磁性隧道結(jié) 76
3.2.4 基于單晶MgO(001)勢壘的磁性隧道結(jié) 77
3.2.5 基于尖晶石MgAl2O+(001)等新型勢壘的磁性隧道結(jié) 82
3.2.6 基于有機材料勢壘的磁性隧道結(jié) 85
3.2.7 基于半導(dǎo)體材料勢壘的磁性隧道結(jié) 90
3.2.8 基于其他勢壘的磁性隧道結(jié) 92
3.3 磁性隧道結(jié)中常用電極材料 92
3.3.1 基于單質(zhì)鐵磁金屬材料的磁性隧道結(jié) 93
3.3.2 基于高自旋極化率鐵磁金屬合金材料的磁性隧道結(jié) 93
3.3.3 具有高自旋極化率的半金屬電極材料 94
3.3.4 基于垂直磁各向異性磁電極材料的磁性隧道結(jié) 97
3.3.5 基于稀磁半導(dǎo)體電極材料的磁性隧道結(jié) 99
3.3.6 基于插層和復(fù)合電極材料的磁性隧道結(jié) 104
3.4 雙勢壘磁性隧道結(jié) 109
3.4.1 基于非晶AL-O雙勢壘的磁性隧道結(jié) 110
3.4.2 基于單晶MgO(001)雙勢壘的磁性隧道結(jié) 111
3.5 磁性隧道結(jié)中的物理效應(yīng) 115
3.5.1 自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng) 115
3.5.2 庫侖阻塞磁電阻效應(yīng) 118
3.5.3 磁電阻振蕩效應(yīng) 121
3.5.4 雙勢壘磁性隧道結(jié)中的量子阱共振隧穿效應(yīng) 122
3.5.5 磁性隧道結(jié)中的電場效應(yīng) 124
3.5.6 磁性隧道結(jié)中的熱自旋效應(yīng) 124
3.6 磁性隧道結(jié)在器件中的應(yīng)用 127
3.6.1 硬盤驅(qū)動器磁讀頭 128
3.6.2 磁性傳感器 128
3.6.3 磁性隨機存取存儲器 129
3.6.4 自旋納米振蕩器 129
3.6.5 自旋邏輯器件 130
3.6.6 自旋晶體管、自旋場效應(yīng)晶體管 130
3.6.7 自旋發(fā)光二極管 130
3.7 研究展望 136
參考文獻 138
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) 152
第4章 鐵磁體/反鐵磁體多層結(jié)構(gòu)中交換偏置的最新進展 161
4.1 引言 161
4.2 反鐵磁層對磁交換偏置效應(yīng)的影響 163
4.3 鐵磁體/非磁體/反鐵磁體三層膜體系中的層間交換偏置耦合 165
4.4 鐵磁體/反鐵磁體/鐵磁體三層膜體系中的層間交換偏置耦合 167
4.5 通過磁電效應(yīng)實現(xiàn)交換偏置的電場控制 168
4.6 結(jié)語 169
參考文獻 170
第5章 磁性超薄膜中厚度誘導(dǎo)的自旋重取向相變 177
5.1 唯象性描述 178
5.1.1 零磁場下的自旋重取向相變 178
5.1.2 外加磁場下的自旋重取向相變 180
5.2 利用磁化曲線研究自旋重取向相變 182
5.3 利用微觀成像技術(shù)研究自旋重取向相變 186
5.4 利用磁化率研究自旋重取向相變 190
5.4.1 厚度誘導(dǎo)自旋重取向相變中磁化率的理論模型 191
5.4.2 自旋重取向相變的磁化率實驗研究及與理論的比較 193
5.5 總結(jié) 196
參考文獻 198
第6章 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物中的龐磁電阻效應(yīng)及其應(yīng)用 203
6.1 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物的CMR效應(yīng) 203
6.2 CMR錳氧化物的制備 205
6.2.1 多晶陶瓷 205
6.2.2 單晶 206
6.2.3 薄膜 207
6.2.4 納米顆粒、線 208
6.3 CMR錳氧化物的物理性質(zhì) 210
6.3.1 晶體結(jié)構(gòu) 210
6.3.2 電子結(jié)構(gòu) 213
6.3.3 磁結(jié)構(gòu) 217
6.3.4 CMR錳氧化物的磁輸運行為 219
6.3.5 各種摻雜效應(yīng)和相圖 222
6.3.6 電荷有序和軌道有序 231
6.3.7 相分離 236
6.3.8 CMR效應(yīng)的理論研究 242
6.4 CMR錳氧化物薄膜器件和應(yīng)用 246
6.4.1 錳基異質(zhì)結(jié)及其應(yīng)用 247
6.4.2 CMR錳氧化物隧道結(jié)及其應(yīng)用 252
6.4.3 CMR錳氧化物鐵電場效應(yīng)晶體管及其應(yīng)用 254
6.5 小結(jié) 256
參考文獻 257
第7章 自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng) 271
7.1 引言 271
7.2 自旋轉(zhuǎn)移力矩的基本原理 273
7.2.1 自旋電流、自旋力矩以及它們之間的聯(lián)系 273
7.2.2 自由電子在非磁性金屬和鐵磁金屬界面處的散射 274
7.2.3 自旋轉(zhuǎn)移力矩在磁異質(zhì)結(jié)中的特性 277
7.3 自旋轉(zhuǎn)移力矩驅(qū)動的多層膜磁化動力學(xué) 284
7.3.1 LLG方程與自旋轉(zhuǎn)移力矩 284
7.3.2 磁化動力學(xué)：宏觀磁矩模型 286
7.3.3 磁化動力學(xué)：微磁學(xué)模型簡介 289
7.4 磁性單層膜和雙層膜結(jié)構(gòu)中的自旋轉(zhuǎn)移 291
7.4.1 不均勻鐵磁金屬單層膜中的自旋轉(zhuǎn)移 291
7.4.2 順磁金屬/鐵磁金屬雙層膜中的自旋轉(zhuǎn)移 296
7.5 對自旋轉(zhuǎn)移力矩的其他研究方向的展望 299
7.5.1 基于鐵磁絕緣體的自旋轉(zhuǎn)移 299
7.5.2 熱驅(qū)動自旋轉(zhuǎn)移力矩 300
7.5.3 自旋轉(zhuǎn)移力矩的逆效應(yīng) 300
7.5.4 其他磁性材料中的自旋轉(zhuǎn)移效應(yīng) 301
參考文獻 303
第8章 自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)和微磁學(xué)模擬技術(shù) 313
8.1 微磁學(xué)基礎(chǔ)理論 313
8.1.1 布朗(Brown)穩(wěn)態(tài)方程 313
8.1.2 磁動力學(xué)方程 315
8.1.3 數(shù)值模擬方法 318
8.1.4 微磁學(xué)計算中的單位約化 323
8.2 微磁學(xué)新進展 324
8.2.1 自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng) 324
8.2.2 Rashba效應(yīng) 329
8.2.3 Landau-Lifshitz-Bloch方程 330
8.2.4 自洽Bloch方程 332
8.2.5 原子尺度的微磁學(xué)模型 333
8.3 STT驅(qū)動的磁化翻轉(zhuǎn)及微磁學(xué)模擬 334
8.3.1 STT效應(yīng)的研究進展 334
8.3.2 STT驅(qū)動的磁化翻轉(zhuǎn)微磁學(xué)模擬 335
8.4 STT驅(qū)動的磁渦旋極性翻轉(zhuǎn) 338
8.5 STT驅(qū)動的自旋波激發(fā) 342
8.5.1 STT驅(qū)動的磁振蕩 342
8.5.2 面內(nèi)垂直雙自旋極化結(jié)構(gòu) 343
8.6 原子尺度的微磁學(xué)模擬 345
8.6.1 稀土過渡金屬合金材料 345
8.6.2 三溫度模型 346
8.6.3 稀土過渡金屬薄膜材料的微磁學(xué)模型及激光退磁過程 347
8.7 結(jié)束語 348
參考文獻 349
第9章 鐵磁共振和自旋波的電檢測技術(shù)及其在自旋電子學(xué)方面的新應(yīng)用 359
9.1 電檢測鐵磁共振技術(shù)的物理原理 362
9.2 電檢測鐵磁共振信號的定量分析方法 364
9.2.1 磁化強度的進動 364
9.2.2 廣義歐姆定律 366
9.2.3 自旋整流效應(yīng)的定量分析和角對稱性 368
9.3 鐵磁共振和自旋波電檢測技術(shù)的應(yīng)用 371
9.3.1 GaMnAs薄膜中的自旋激發(fā) 371
9.3.2 相分辨鐵磁共振譜 372
9.3.3 自旋波共振的電檢測 374
9.3.4 非線性鐵磁共振和自旋波 375
9.3.5 異質(zhì)結(jié)自旋器件中自旋泵浦效應(yīng)和自旋整流效應(yīng)的區(qū)分 378
9.3.6 微波磁場矢量探測器 380
9.3.7 微波相位成像 381
9.4 結(jié)語 383
參考文獻 385
第10章 磁性納米異質(zhì)受限結(jié)構(gòu)中的自旋和熱電輸運量子理論 389
10.1 引言 389
10.2 單磁性隧道結(jié)中自旋相關(guān)輸運定態(tài)理論 390
10.2.1 無自旋的轉(zhuǎn)移哈密頓量 391
10.2.2 單隧道結(jié)系統(tǒng)的哈密頓量 392
10.2.3 利用非平衡格林函數(shù)計算電流和電導(dǎo) 394
10.2.4 電導(dǎo)和隧穿磁電阻效應(yīng) 395
10.2.5 單磁性隧道結(jié)中的自旋轉(zhuǎn)移力矩 398
10.2.6 電子-電子相互作用對電導(dǎo)的影響 399
10.3 雙磁性隧道結(jié)中自旋相關(guān)輸運定態(tài)理論 399
10.3.1 中心區(qū)為鐵磁膜 399
10.3.2 中心區(qū)為超導(dǎo)體 402
10.3.3 中心區(qū)為量子點 405
10.3.4 中心區(qū)為一臂鑲嵌了量子點的Aharonov-Bohm環(huán) 408
10.3.5 自旋過濾：鐵磁體量子點半導(dǎo)體雙隧道結(jié)系統(tǒng) 409
10.4 自旋相關(guān)的含時輸運理論 412
10.4.1 多鐵磁端口器件：中心區(qū)存在隨時間變化的柵電壓 412
10.4.2 單磁性隧道結(jié)中含時外場對電流和自旋轉(zhuǎn)移力矩的影響 418
10.5 具有自旋軌道耦合的量子環(huán)和自旋揚效應(yīng)管中激光激發(fā)的自旋動力學(xué) 420
10.5.1 量子環(huán) 420
10.5.2 光控自旋場效應(yīng)管 421
10.6 自旋熱電輸運理論 422
10.6.1 熱功率、Pe1tier系數(shù)和熱導(dǎo)率 423
10.6.2 Wiedemann-Franz定律 425
10.7 總結(jié) 425
參考文獻 427
第11章 各種霍爾效應(yīng)及其輸運性質(zhì)和應(yīng)用 433
11.1 霍爾效應(yīng)的研究簡史 433
11.2 霍爾效應(yīng)分類介紹 434
11.2.1 正常霍爾效應(yīng) 434
11.2.2 反�；魻栃�應(yīng) 440
11.2.3 平面霍爾效應(yīng) 446
11.2.4 自旋霍爾效應(yīng) 449
11.2.5 量子霍爾效應(yīng) 461
11.3 本章小結(jié) 464
參考文獻 465
第12章 自旋霍爾效應(yīng)、反�；魻栃�應(yīng)和拓?fù)浣^緣體 471
12.1 整數(shù)量子霍爾效應(yīng) 471
12.2 量子反常霍爾效應(yīng) 472
12.3 量子自旋霍爾效應(yīng) 475
參考文獻 479
第13章 介觀器件中的自旋軌道耦合和自旋流 483
13.1 引言 483
13.2 自旋電子器件的理論基礎(chǔ) 485
13.2.1 含有自旋軌道耦合的實空間哈密頓量 485
13.2.2 含有自旋軌道耦合的二次量子化哈密頓量 486
13.3 納米器件中的自旋積累和自旋極化流 493
13.3.1 半導(dǎo)體中的自旋極化流 493
13.3.2 量子點中的自旋積累 496
13.4 介觀小環(huán)中的持續(xù)白旋流 502
13.4.1 產(chǎn)生持續(xù)自旋流的物理圖像 502
13.4.2 自旋軌道耦合正常復(fù)合介觀小環(huán)中的持續(xù)自旋流 503
13.5 自旋流定義 507
13.5.1 線自旋流、角自旋流和連續(xù)性方程 507
13.5.2 一個例子：一維體系自旋流 510
13.6 自旋流產(chǎn)生的電場 511
13.7 展望 513
參考文獻 514
第14章 半導(dǎo)體中的自旋軌道耦合及其物理效應(yīng) 519
14.1 引言 519
14.2 半導(dǎo)體中的自旋軌道耦合 522
14.2.1 有效質(zhì)量理論 522
14.2.2 半導(dǎo)體量子阱中的Rashba自旋劈裂 524
14.3 窄禁帶半導(dǎo)體量子阱中的本征自旋霍爾效應(yīng) 529
14.3.1 8帶模型計算本征自旋霍爾效應(yīng) 530
14.3.2 速度頂角修正——梯圖近似 534
14.3.3 HgCdTe/CdTe量子阱中量子相變致本征自旋霍爾效應(yīng) 535
14.4 拓?fù)浣^緣體 538
14.4.1 拓?fù)浣^緣體中的反常電子軌道 540
14.4.2 拓?fù)浣^緣體表面電子引發(fā)的可控RKKY相互作用 543
14.4.3 拓?fù)浣^緣體量子點 545
14.4.4 極化場驅(qū)動的拓?fù)浣^緣體量子相變 549
14.5 結(jié)束語 551
參考文獻 553
第15章 磁性阻挫系統(tǒng) 561
15.1 自旋系統(tǒng)中阻挫的引入 561
15.2 經(jīng)典自旋體系中的磁性阻挫 562
15.2.1 二維幾何阻挫Ising模型 562
15.2.2 三維幾何阻挫系統(tǒng)與自旋冰 564
15.2.3 連續(xù)自旋模型與計算模擬 566
15.3 量子自旋體系中的磁性阻挫 567
15.3.1 一維Heisenberg鏈與阻挫驅(qū)動的量子相變 567
15.3.2 二維J1-J2模型與無序誘導(dǎo)的有序 567
15.3.3 阻挫自旋系統(tǒng)的低能磁激發(fā) 568
15.3.4 量子自旋液體與分?jǐn)?shù)激發(fā) 570
15.4 展望 571
參考文獻 572
索引 575
彩圖
下卷
第16章 熱自旋電子學(xué) 581
16.1 卡諾電子學(xué)的發(fā)展背景 581
16.2 自旋相關(guān)熱電理論及實驗進展 583
16.2.1 塞貝克效應(yīng)及其理論 583
16.2.2 雙電流模型 588
16.2.3 自旋相關(guān)熱電理論 589
16.2.4 自旋相關(guān)熱電效應(yīng)實驗進展 590
16.3 自旋塞貝克效應(yīng)及其相關(guān)效應(yīng) 591
16.3.1 自旋霍爾效應(yīng)和逆自旋霍爾效應(yīng) 591
16.3.2 自旋塞貝克效應(yīng) 592
16.3.3 自旋能斯特效應(yīng) 593
16.3.4 Pt鄰近效應(yīng) 594
16.3.5 自旋霍爾磁電阻 596
16.4 磁性隧道結(jié) 597
16.4.1 磁性隧道結(jié)的熱電理論計算 598
16.4.2 磁性隧道結(jié)的熱電實驗進展 598
16.5 熱誘導(dǎo)的自旋轉(zhuǎn)移力矩 600
16.6 結(jié)束語 601
參考文獻 601
第17章 III-V族磁性半導(dǎo)體(Ga，Mn)As 605
17.1 p-d交換作用Zener模型 606
17.2 高居里溫度(Ga，Mn)As的制備 607
17.2.1 重Mn摻雜 607
17.2.2 自上而下微納加工(Ga，Mn)As納米條 612
17.2.3 自下而上自組織生長(Ga，Mn)As納米線 618
17.2.4 磁鄰近效應(yīng) 621
17.3 (Ga，Mn)As的自旋超快動力學(xué) 624
17.3.1 電子自旋超快激發(fā)與弛豫動力學(xué)過程及其相關(guān)物理機制 624
17.3.2 光控磁化翻轉(zhuǎn)及其動力學(xué)過程研究 627
17.3.3 全光相干自旋波激發(fā)與動力學(xué)過程研究 628
17.4 (Ga，Mn)As的費米能級問題 631
17.4.1 價帶模型 631
17.4.2 雜質(zhì)帶模型 633
17.5 基于(Ga，Mn)As的器件物理效應(yīng) 634
17.5.1 電場調(diào)控磁化矢量的轉(zhuǎn)動 634
17.5.2 電場調(diào)控居里溫度 637
17.5.3 鐵磁金屬/(Ga，Mn)As復(fù)合隧道結(jié) 638
17.6 展望 640
參考文獻 642
第18章 氧化物稀磁半導(dǎo)體 649
18.1 研究背景 649
18.1.1 引言 649
18.1.2 稀磁半導(dǎo)體的發(fā)展歷程 649
18.2 氧化物稀磁半導(dǎo)體薄膜的制備 651
18.2.1 制備方法 651
18.2.2 制備條件 652
18.3 氧化物稀磁半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)及表征 656
18.3.1 氧化物半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)與特性 656
18.3.2 氧化物稀磁半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表征 657
18.4 氧化物稀磁半導(dǎo)體的磁性 664
18.4.1 3d過渡金屬摻雜氧化物稀磁半導(dǎo)體 664
18.4.2 共摻雜氧化物稀磁半導(dǎo)體 666
18.4.3 非磁性元素?fù)诫s和不摻雜的氧化物稀磁半導(dǎo)體 668
18.5 氧化物稀磁半導(dǎo)體的輸運性質(zhì) 669
18.5.1 載流子濃度與鐵磁性的關(guān)系 669
18.5.2 反常霍爾效應(yīng) 672
18.6 氧化物稀磁半導(dǎo)體的理論計算 673
18.6.1 第一性原理計算方法 673
18.6.2 磁交換能的計算 674
18.6.3 電子結(jié)構(gòu)分析 676
18.6.4 Tc的計算 678
18.7 氧化物稀磁半導(dǎo)體的磁性產(chǎn)生模型 680
18.7.1 載流子誘導(dǎo)鐵磁性理論 680
18.7.2 束縛磁極子理論 682
18.7.3 電荷轉(zhuǎn)移的鐵磁性理論 684
18.8 氧化物稀磁半導(dǎo)體及其異質(zhì)結(jié)中的磁電阻效應(yīng) 686
18.8.1 氧化物稀磁半導(dǎo)體的磁電阻效應(yīng) 686
18.8.2 氧化物稀磁半導(dǎo)體基的磁性隧道結(jié) 688
18.9 總結(jié)與展望 690
參考文獻 691
第19章 有機半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)及其磁電阻效應(yīng) 701
19.1 垂直結(jié)構(gòu)有機自旋閥器件的制備 701
19.2 鐵磁體有機半導(dǎo)體界面的自旋注入 704
19.3 有機半導(dǎo)體中的自旋弛豫 708
19.4 有機材料中的隧穿磁電阻現(xiàn)象 710
19.5 自旋調(diào)控的有機電子學(xué)器件 713
19.6 小結(jié) 715
參考文獻 716
第20章 有機復(fù)合磁性納米結(jié)構(gòu)中的理論計算研究 721
20.1 有機復(fù)合磁性納米結(jié)構(gòu)簡介 721
20.2 基于有機復(fù)合磁性納米結(jié)構(gòu)的理論簡介 722
20.2.1 唯象的理論方法 723
20.2.2 第一性原理有機物-金屬界面的計算方法 723
20.2.3 非平衡態(tài)格林函數(shù)方法 725
20.2.4 其他效應(yīng)的理論方法 727
20.3 有機復(fù)合磁性納米結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性 728
20.3.1 有機物磁性金屬界面 728
20.3.2 有機物絕緣體界面 729
20.3.3 雙面有機物磁性金屬結(jié)合的結(jié)構(gòu) 730
20.3.4 其他與有機物相關(guān)的界面結(jié)構(gòu) 731
20.4 有機復(fù)合磁性納米結(jié)構(gòu)的自旋相關(guān)輸運特征 732
20.4.1 基于有機物的隧穿磁電阻效應(yīng) 732
20.4.2 與有機物相關(guān)的界面耦合效應(yīng) 734
20.4.3 自旋相關(guān)雜化對輸運的影響 735
20.4.4 電流驅(qū)動下的有機物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變效應(yīng) 746
20.4.5 其他有機物中的自旋相關(guān)輸運特性 748
20.5 有機磁性納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景展望 749
20.5.1 與自旋相關(guān)的有機隨機存儲器 749
20.5.2 有機自旋晶體管 750
20.5.3 基于有機材料的自旋發(fā)光二極管 750
20.5.4 基于有機物的自旋流發(fā)射源 752
20.6 總結(jié)與展望 752
參考文獻 754
第21章 碳基自旋電子學(xué) 761
21.1 基于石墨烯的自旋電子學(xué) 761
21.1.1 石墨烯簡介 761
21.1.2 自旋注入 763
21.1.3 石墨烯自旋閥器件 763
21.1.4 自旋輸運和自旋調(diào)控 766
21.1.5 基于石墨烯納米帶的自旋電子學(xué) 769
21.1.6 小結(jié) 770
21.2 基于碳納米管的自旋電子學(xué) 771
21.2.1 碳納米管簡介 771
21.2.2 碳納米管自旋閥器件 771
21.2.3 碳管中的自旋輸運和調(diào)控 772
21.2.4 小結(jié) 772
21.3 基于有機半導(dǎo)體和富勒烯的自旋閥器件 772
21.4 總結(jié)和展望 773
參考文獻 774
第22章 單相多鐵性材料與磁電耦合效應(yīng) 779
22.1 多鐵性材料的發(fā)展歷史 779
22.2 多鐵性材料與磁電耦合 781
22.3 單相多鐵性材料的分類 783
22.4 第1類多鐵性材料 783
22.4.1 方硼鹽和含d0構(gòu)型離子的鈣鈦礦氧化物 783
22.4.2 6s2孤對電子導(dǎo)致的鐵電性 784
22.4.3 結(jié)構(gòu)相變導(dǎo)致的鐵電性 787
22.4.4 電荷有序?qū)е碌蔫F電性 790
22.5 第II類多鐵性材料 793
22.5.1 交換收縮導(dǎo)致的鐵電性 793
22.5.2 非共線螺磁結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的鐵電性 797
22.6 單相多鐵性材料的應(yīng)用及原型器件 804
22.7 總結(jié)和展望 807
參考文獻 808
第23章 多鐵性材料BiFeO3的性質(zhì)和應(yīng)用 815
23.1 BFO的晶體結(jié)構(gòu) 815
23.1.1 單晶BFO的晶體結(jié)構(gòu)和相變 815
23.1.2 BFO薄膜——應(yīng)力作用下的低對稱相 819
23.2 BFO的電學(xué)性質(zhì) 822
23.2.1 BFO的輸運性質(zhì) 822
23.2.2 BFO的鐵電性 823
23.2.3 鐵電疇和疇壁 826
23.3 BFO中的磁有序和磁電耦合效應(yīng) 831
23.3.1 BFO的磁結(jié)構(gòu) 832
23.3.2 BFO中的磁電耦合效應(yīng) 837
23.4 基于BFO異質(zhì)結(jié)的交換耦合作用及器件應(yīng)用 839
23.5 開放性問題和未來的研究方向 847
參考文獻 851
第24章 基于磁電耦合效應(yīng)的電控磁性研究 861
24.1 多鐵體中的電控磁性 861
24.1.1 BiFeO3中的電控磁性 861
24.1.2 其他多鐵異質(zhì)結(jié)中的電控磁性 866
24.1.3 多鐵體中電控磁性的其他表現(xiàn)形式 871
24.2 基于Rashba自旋軌道耦合作用的電控自旋 872
24.2.1 自旋軌道耦合作用簡介 872
24.2.2 半導(dǎo)體材料中自旋軌道耦合效應(yīng) 875
24.2.3 金屬表面Rashba自旋軌道耦合作用 879
24.2.4 其他一些材料中的Rashba自旋軌道耦合作用 883
24.2.5 基于Rashba自旋軌道耦合作用的量子自旋器件 884
24.3 電控磁各向異性 885
24.3.1 鐵磁/鐵電異質(zhì)結(jié)中電場對磁各向異性的調(diào)控 886
24.3.2 外加電場對于材料磁各向異性的影響 889
24.3.3 基于電場調(diào)控磁各向異性的相關(guān)器件的研究 893
24.4 廣義磁電效應(yīng) 899
參考文獻 905
第25章 自旋結(jié)構(gòu)的高分辨電子顯微測量技術(shù) 913
25.1 自旋極化低能電子顯微術(shù) 913
25.1.1 簡介 913
25.1.2 SPLEEM工作原理 914
25.1.3 SPLEEM儀器介紹 918
25.1.4 典型SPLEEM實驗舉例 921
25.2 洛倫茲透射電子顯微術(shù) 926
25.2.1 簡介 926
25.2.2 洛倫茲透射電子顯微鏡原理 927
25.2.3 洛倫茲透射電子顯微鏡應(yīng)用舉例 930
25.3 同步輻射光電子激發(fā)電子顯微術(shù) 937
25.3.1 同步輻射偏振X射線的實現(xiàn) 937
25.3.2 X射線吸收磁圓二色 939
25.3.3 X射線吸收磁線二色 943
25.3.4 光電子激發(fā)電子顯微術(shù) 944
25.4 總結(jié) 949
參考文獻 950
第26章 微納米加工技術(shù)及工藝 957
26.1 引言 957
26.2 薄膜沉積 958
26.2.1 磁控濺射 958
26.2.2 電子束蒸發(fā)沉積 959
26.2.3 分子束外延 959
26.2.4 脈沖激光沉積 961
26.2.5 化學(xué)氣相沉積 961
26.2.6 原子層沉積 961
26.2.7 電化學(xué)沉積 962
26.3 圖形制作 962
26.3.1 光學(xué)曝光技術(shù) 962
26.3.2 電子束曝光 965
26.3.3 納米壓印 967
26.3.4 自組裝技術(shù) 967
26.4 圖形轉(zhuǎn)移 968
26.4.1 溶脫剝離工藝 969
26.4.2 刻蝕工藝 971
26.5 自旋電子器件的微納米加工實例 973
26.5.1 磁性隧道結(jié)器件的微納米加工 973
26.5.2 自旋注入和探測器件的微制備 977
參考文獻 979
第27章 自旋電子學(xué)的器件應(yīng)用 981
27.1 硬盤驅(qū)動器磁讀頭 982
27.1.1 硬盤驅(qū)動器磁記錄發(fā)展歷程簡述 982
27.1.2 基于各向異性磁電阻的硬盤驅(qū)動器磁讀頭 984
27.1.3 基于巨磁電阻效應(yīng)的硬盤驅(qū)動器磁讀頭 985
27.1.4 基于隧穿磁電阻效應(yīng)的硬盤驅(qū)動器磁讀頭 986
27.1.5 硬盤驅(qū)動器磁讀頭的發(fā)展趨勢 987
27.2 磁敏傳感器 988
27.2.1 磁敏傳感器的種類及性能簡介 988
27.2.2 各向異性磁屯阻磁敏傳感器 991
27.2.3 巨磁電阻磁敏傳感器 994
27.2.4 巨磁電阻隔離器 997
27.2.5 隧穿磁電阻磁敏傳感器 1000
27.2.6 磁敏傳感器的應(yīng)用 1008
27.3 磁隨機存取存儲器 1015
27.3.1 磁隨機存取存儲器簡介 1015
27.3.2 磁芯存儲器 1018
27.3.3 基于各向異性磁電阻和巨磁電阻效應(yīng)的磁隨機存取存儲器 1019
27.3.4 星型磁場驅(qū)動磁隨機存取存儲器 1022
27.3.5 熱輔助式磁隨機存取存儲器 1024
27.3.6 嵌套型磁隨機存取存儲器 1026
27.3.7 基于STT效應(yīng)的電流驅(qū)動型磁隨機存取存儲器 1027
27.3.8 基于納米環(huán)以及納米橢圓環(huán)狀MTJ的磁隨機存取存儲器 1038
27.3.9 賽道型磁性存儲器 1045
27.3.10基于自旋軌道耦合效應(yīng)的磁隨機存取存儲器 1047
27.4 自旋納米振蕩器 1051
27.5 自旋轉(zhuǎn)移力矩二極管 1056
27.6 自旋邏輯器件 1058
27.7 自旋晶體管、自旋場效應(yīng)晶體管 1060
27.8 自旋憶阻器 1066
27.9 自旋隨機數(shù)字發(fā)生器 1067
27.10 自旋電子學(xué)和微電子學(xué)發(fā)展歷史的對比及其展望 1069
參考文獻 1072
第28章 自旋電子學(xué)發(fā)展態(tài)勢分析 1079
28.1 引言 1079
28.2 自旋電子學(xué)領(lǐng)域SCI論文時空分布 1082
28.2.1 自旋電子學(xué)領(lǐng)域SCI論文發(fā)文量趨勢及學(xué)科分布 1082
28.2.2 自旋電子學(xué)領(lǐng)域SCI論文排名前十位國家及科研機構(gòu) 1082
28.2.3 自旋電子學(xué)領(lǐng)域項目資助情況 1084
28.3 自旋電子學(xué)領(lǐng)域?qū)＠麜r空分布 1085
28.3.1 自旋電子學(xué)領(lǐng)域?qū)＠�申請量趨�?1085
28.3.2 自旋電子學(xué)領(lǐng)域?qū)＠�申請量排名前十位國家及企業(yè) 1086
28.3.3 專利研發(fā)重點領(lǐng)域及各國技術(shù)布局差異：國際專利分類統(tǒng)計 1087
28.3.4 自旋電子學(xué)領(lǐng)域高被引專利：專利引證分析 1087
28.4 自旋電子學(xué)領(lǐng)域研究前沿可視化分析 1090
28.4.1 知識圖譜可視化分析方法及模型 1090
28.4.2 自旋電子學(xué)研究前沿及發(fā)展趨勢 1091
28.5 自旋電子學(xué)領(lǐng)域?qū)＠�技術(shù)全景地圖及競爭力分析 1097
28.5.1 自旋電子學(xué)領(lǐng)域?qū)＠�技術(shù)全景地圖 1097
28.5.2 磁讀頭、磁敏傳感器和磁隨機存儲器技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠�趨�?1100
28.5.3 高價值專利及其專利權(quán)人競爭力分析 1101
28.5.4 專利侵權(quán)訴訟及涉訴專利重點分析 1104
28.5.5 自旋電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域國際市場專利保護策略 1107
28.6 展望 1109
參考文獻 1110
索引 1117
彩圖