自旋電子學(典藏版)（簡體書）

《現代物理基礎叢書：自旋電子學》由十餘位國內對自旋電子學前沿有研究經驗的著名學者撰寫，共10章.較深入地論述了自旋電子學的主要內容、形成與展望，兼顧理論、實驗和應用.包括，多層膜與顆粒體系的磁性和巨磁電阻；磁性隧道結，特別是最新發展的MgO單晶隧道結的結構、理論和應用；龐磁電阻材料的理論、實驗與應用；稀磁半導體的磁性、磁輸運等以及相關的異質結構和自旋注入等研究；磁電阻理論，包括鐵磁金屬的散射理論、界面效應和介觀體系中的磁電電路理論；鐵磁/反鐵磁界面的交換偏置在器件中的作用和基本性能，主要的實驗研究和理論模型；自旋動量矩轉移效應、電流引起磁化的原理和在自旋閥、隧道結、鐵磁體-量子點耦合等系統中的研究，自旋動量矩轉移引起的磁疇轉動、疇壁位移、自旋波激發、自旋泵浦、自旋流等的原理和應用，電流引起磁化與傳統的磁場引起磁化的比較；自旋電子學的應用及代表性的器件，包括傳感器、讀出頭、磁電阻隨機存儲器以及自旋晶體管等。．

翟宏如，南京大學教授、博導。1955年參與在國內大學建立磁學專業.講授鐵磁學和固體磁性50年.曾在國內和8個國外大學或研究所講授固體磁性等講座或建立科研合作.在磁學和自旋電子學多個領域開展研究，發表論文近400篇.參與寫作2本專著.共獲獎9個。．

《現代物理基礎叢書：自旋電子學》適用于從事物理和自旋電子學領域學習和研究的大學本科高年級學生、研究生、教師、工程師和相關的科研教學工作者。

1 本書是我社重點叢書、十一五國家重點圖書出版規劃項目《現代物理基礎叢書》中的一本。

2 本書由南京大學翟宏如教授負責編撰，得到國內物理學界在自旋電子學前沿工作的科學家參與編寫和大力支持，是這一重要科技領域國內的一部高水平的專著。

序第1章 自旋電子學的形成與發展1.1 兩個歷史性突破1.2 各種磁電阻和巨大磁電阻1.2.1 各向異性磁電阻1.2.2 正常磁電阻1.2.3 巨磁電阻1.2.4 隧道結磁電阻1.2.5 龐磁電阻1.3 巨磁電阻的基本原理和發現的背景1.3.1 鐵磁金屬的導電和自旋相關導電的基本原理1.3.2 多層膜中的層間反鐵磁交換耦合與巨磁電阻的發現1.3.3 發現巨磁電阻的物質基礎是納米技術的發展1.4 20多年來自旋電子學的發展及成就1.4.1 振盪型的層間交換耦合1.4.2 巨磁電阻走向應用的關鍵，濺射工藝的採用和自旋閥1.4.3 半金屬引人關注1.4.4 磁性隧道結不斷取得驚人的進展1.4.5 CMR材料形成一大類新材料和物理的研究領域1.4.6 半導體自旋電子學的發展1.4.7 探索中的自旋邏輯元件和自旋計算1.5 自旋動量矩轉移——一個新的歷史性突破1.6 自旋電子學的應用與開發1.7 結束語參考文獻第2章 顆粒體系中的磁電阻效應2.1 顆粒體系中的靜磁特性2.1.1 單疇臨界尺寸2.1.2 超順磁性2.2 顆粒體系中的輸運特性2.3 金屬/金屬型顆粒膜的巨磁電阻效應2.4 間斷膜的巨磁電阻效應2.5 金屬/絕緣體型顆粒膜的磁電阻效應2.6 納米顆粒固體的磁電阻效應2.6.1 熔淬薄帶的磁電阻效應2.6.2 機械合金化製備的納米固體的磁電阻效應2.6.3 納米微晶材料的磁電阻效應2.7 有機介質中顆粒體系的磁輸運2.8 結束語參考文獻第3章 磁性隧道結及其隧穿磁電阻效應和器件的應用3.1 磁性隧道結的結構原理和發展簡介3.2 微米和納米尺度磁性隧道結的微製備和加工3.2.1 磁性隧道結多層膜的沉積和生長3.2.2 掩膜法製備磁性隧道結3.2.3 深紫外曝光法製備磁性隧道結3.2.4 電子束曝光製備納米磁性隧道結3.2.5 聚焦離子束刻蝕法製備納米磁性隧道結3.2.6 磁性隧道結勢壘層的氧化和熱處理工藝3.3 磁性隧道結的電極和勢壘等常用材料3.3.1 具有高自旋極化率的鐵磁單質金屬及其合金材料3.3.2 具有高自旋極化率的半金屬電極材料3.3.3 具有垂直各向異性的金屬磁電極材料3.3.4 稀磁半導體電極材料3.3.5 磁隧道結的勢壘材料3.3.6 磁性隧道結中的幾種有代表性的反鐵磁釘紮材料3.4 磁性隧道結的種類3.4.1 三明治結構磁性隧道結3.4.2 自旋閥式釘紮型磁性隧道結3.4.3 雙勢壘磁性隧道結3.4.4 半金屬磁性隧道結3.4.5 垂直各向異性磁性隧道結3.4.6 稀磁半導體複合型磁性隧道結3.4.7 超導複合型磁性隧道結3.4.8 顆粒膜複合型磁性隧道結3.4.9 有機複合型磁性隧道結3.4.1 0多鐵性複合磁性隧道結3.4.1 1平面型自旋閥結構3.5 磁性隧道結中的量子效應及其磁電性質3.5.1 磁性隧道結的磁電阻對溫度和偏壓依賴關係3.5.2 磁性隧道結中的非彈性隧道譜3.5.3 自旋極化電子的磁激子、聲子及雜質輔助隧穿3.5.4 磁性隧道結Co001/Cu001/Al-O/NiFe中的量子阱效應3.5.5 磁性隧道結的反常霍爾效應3.5.6 雙勢壘磁性隧道結中的磁電阻振盪效應3.5.7 雙勢壘磁性隧道結中的順序隧穿模型3.5.8 雙勢壘磁性隧道結中的自旋散射效應和自旋翻轉長度3.5.9 雙勢壘磁性隧道結中的自旋相關庫侖阻塞磁電阻效應3.5.1 0非磁性電極隧道結中的自旋相關庫侖阻塞磁電阻效應3.6 單晶磁性隧道結的第一性原理計算和研究方法3.6.1 LayerKorringa-Kohn-Rostoker第一性原理計算方法3.6.2 單晶磁性隧道結Fe/MgO/Fe的隧穿磁電阻效應3.6.3 單晶磁性隧道結Fe/FeO/MgO/Fe的隧穿磁電阻效應3.6.4 單晶磁性隧道結Fe/Mg/MgO/Fe和Fe/Mg/MgO/Mg/Fe的隧穿磁電阻效應3.6.5 單晶磁性隧道結Fe/MgO/Au，Ag/Fe中的量子阱效應3.6.6 單晶雙勢壘磁性隧道結Fe/MgO/Fe/MgO/Fe的量子阱效應3.6.7 單晶磁性隧道結Co/MgO/Co的隧穿磁電阻效應3.6.8 單晶磁性隧道結Fe/Co/MgO/Co/Fe的高隧穿磁電阻效應3.6.9 單晶磁性隧道結CoFe/MgO/CoFe的能帶結構及磁電阻特性3.6.1 0單晶磁性隧道結Fe/MgO/Cr/Fe的振盪隧穿磁電阻效應3.6.1 1磁性隧道結CoFeB/MgO001/CoFeB的晶體結構和磁電阻效應3.6.1 2磁性隧道結新勢壘MgAl2O4、ZnAl2O4、SiMg2O4、SiZn2O4等材料的探索3.7 有機複合磁性隧道結的第一性原理計算方法簡介3.7.1 有機複合磁性隧道結實驗及理論背景3.7.2 第一性原理與非平衡格林函數3.7.3 納米分子器件的自旋相關輸運問題3.7.4 鐵磁/有機LB膜勢壘/鐵磁-複合型磁性隧道結的計算研究3.7.5 NaCl單晶勢壘磁性隧道結的自旋相關輸運問題3.8 磁性隧道結中的自旋轉移力矩效應及其應用3.8.1 磁性隧道結中的自旋轉移力矩效應3.8.2 納米環狀磁性隧道結中的自旋轉移力矩效應3.8.3 納米橢圓環狀磁性隧道結中的自旋轉移力矩效應3.8.4 納米環狀磁性隧道結在納米振盪器中的應用3.8.5 納米柱狀磁性隧道結在納米振盪器中的應用3.9 磁性隧道結在原理型和實際器件應用上的典型範例3.9.1 磁性隧道結在計算機磁讀頭方面的應用3.9.2 磁性隧道結在磁敏傳感器方面的應用3.9.3 磁性隧道結在磁隨機存儲器方面的應用3.9.4 磁性隧道結在自旋晶體管和場效應晶體管方面的應用3.9.5 磁性隧道結在磁邏輯器件方面的應用3.9.6 磁性隧道結在憶阻器方面的應用3.1 0磁性隧道結的研究展望第3章 附錄磁性隧道結的發展歷史及其有代表性的優化結構參考文獻第4章 龐磁電阻材料4.1 錳氧化物的結構及其龐磁電阻效應4.1.1 錳氧化物的晶格和電子結構4.1.2 龐磁電阻效應和組分調節4.1.3層狀鈣鈦礦結構錳氧化物的性質及其磁電阻效應4.1.4 其他龐磁電阻材料4.2 鈣鈦礦錳氧化物的電荷/軌道有序相4.2.1 錳氧化物的電荷和軌道有序態4.2.2 錳氧化物的電荷和軌道有序態的融化4.3 鈣鈦礦錳氧化物的輸運性質4.3.1 高溫輸運性質——極化子輸運4.3.2 低溫輸運性質——本征輸運4.4 龐磁電阻效應的機制——相分離圖像4.4.1 早期的理論模型4.4.2 錳氧化物的理論模型——模型和參數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4.4.4 錳氧化物不均勻性的試驗證據——理論同試驗的比較4.4.5 相分離圖像下輸運性質和龐磁電阻效應4.5 錳氧化物的低場磁電阻效應4.5.1 錳氧化物的低場磁電阻效應及其理論模型4.5.2 低場磁電阻效應的增強4.6 錳氧化物在自旋電子學中的應用4.6.1 基於錳氧化物的磁隧道結4.6.2 基於錳氧化物的電場效應器件4.6.3 高溫超導銅氧化物/錳氧化物夾心結構和自旋極化載流子注入4.7 龐磁電阻材料目前存在的問題和展望參考文獻第5章 稀磁半導體的研究進展5.1 引言5.2 Ga，MnAs薄膜製備及其結構特徵5.3 Ga，MnAs磁性質5.4 Ga，MnAs磁輸運性質5.5 Ga，MnAs磁光性質5.5.1 磁圓偏振光二色性譜MCD譜5.5.2 法拉第旋轉5.5.3 拉曼散射譜5.5.4 鐵磁共振譜5.6 提高Ga，MnAs居裡溫度的方法5.6.1 生長後低溫退火熱處理5.6.2 共摻雜5.7 空穴載流子導致鐵磁性5.8 Ga，MnAs的異質結構5.8.1 Ga，MnAs和GaAs的帶階5.8.2 Ga，MnAs/GaAs多層膜結構5.8.3 Ga，MnAs基三層膜結構的自旋相關散射、層間耦合和隧穿磁阻5.8.4 Ga，MnAs自旋共振隧穿二極管5.9 Ga，MnAs鐵磁性的電場控制5.1 0半導體異質結構中的自旋注入5.1 0.1 Ga，MnAs等稀磁半導體向半導體的自旋注入5.1 0.2 鐵磁金屬向半導體中的自旋注入5.1 1其他稀磁半導體的研究進展5.1 1.1 GaN基稀磁半導體5.1 1.2 Ⅳ族稀磁半導體5.1 1.3 Ⅲ-Ⅵ族稀磁半導體5.1 1.4 Ⅳ-Ⅵ族稀磁半導體5.1 1.5 氧化物稀磁半導體5.1 1.6 稀磁半導體量子點5.1 2展望參考文獻第6章 磁電阻理論6.1引言6.2 鐵磁金屬電子結構6.3 雜質散射6.4 單界面6.4.1 彈道方式6.4.2 考慮能帶效應下的界面電導6.4.3 自旋積累效應6.4.4 鐵磁體/超導體界面的Andreev反射效應6.5 磁電電路理論6.6 鐵磁隧道結的隧穿磁電阻效應6.6.1 非相干的電子隧穿6.6.2 電子的相干隧穿6.7 鈣鈦礦結構的錳氧化物的龐磁電阻效應6.7.1 未摻雜LaMnO3的電子自旋、電荷和軌道6.7.2 摻雜LaMnO3的雙交換機理6.7.3 錳氧化物中的量子相變參考文獻第7章 交換偏置7.1 引言7.2 交換偏置的基本特徵7.3 基本測量方法7.4 理論模型參考文獻第8章 自旋角動量轉移效應8.1 引言8.2 自旋轉移效應的提出8.3 幾類磁性多層納米結構中的自旋轉移效應8.3.1 磁性隧道結中的自旋轉移效應8.3.2 鐵磁體-Marginal費米液體-鐵磁體雙隧道結中的自旋轉移效應8.3.3 鐵磁體-量子點-鐵磁體耦合系統中的自旋轉移效應8.4 自旋轉移效應對疇壁動力學的影響8.5 自旋轉移效應的實驗進展8.6 結束語參考文獻第9章 自旋動量矩轉移矩對傳統技術磁化的發展9.1 自旋動量矩轉移，物理和技術上的歷史性突破9.2 傳統鐵磁學中的磁場誘導磁化9.2.1 磁化的可逆轉動和不可逆轉動Stoner-Wohlfarth模型9.2.2 可逆和不可逆疇壁位移9.2.3 磁疇轉動與反磁化的動力過程9.2.4 疇壁位移的動態過程9.2.5 用交變磁場研究磁矩進動、鐵磁共振9.2.6 磁矩進動的時間域測量9.2.7 磁場誘導磁化過程小結9.3 電流的自旋轉移力矩STT誘導磁化的主要進展和特點9.3.1 磁場誘導與電流誘導磁化機理的相同之處與特徵9.3.2 STT導致的磁化轉動和磁化反轉9.3.3 STT導致的磁矩持續進動及自旋波的激發9.3.4 STT誘導的疇壁位移9.3.5 自旋泵浦、自旋流和非局域自旋進動阻尼9.4 結束語參考文獻第10章 磁電子學器件應用原理10.1 巨磁電阻、隧穿磁電阻傳感器10.1.1 巨磁電阻傳感器設計兩要素10.1.2 多層膜巨磁電阻傳感器10.1.3 自旋閥方向傳感器10.1.4 線性化自旋閥傳感器10.1.5 自旋閥線性位移傳感器10.1.6 磁隧道結隧穿磁電阻傳感器10.2 巨磁電阻隔離器10.3 巨磁電阻、隧穿磁電阻硬盤讀出磁頭10.3.1 巨磁電阻磁頭的自旋閥單元工作的要點10.3.2 高密度巨磁電阻讀頭發展對自旋閥材料的新要求10.3.3 基於磁隧道結的新一代讀出磁頭10.4 磁電阻隨機存儲器10.4.1 各向異性磁電阻隨機存儲器的歷史10.4.2 巨磁電阻隨機存儲器的新篇章10.4.3 隧穿磁電阻隨機存儲器的新起點10.4.4 單配晶體管型隧穿磁電阻隨機存儲器面面觀10.4.5 觸發器型隧穿磁電阻隨機存儲器的新特點10.5 自旋轉移磁化反轉與納米柱微波振盪器10.6 自旋晶體管——磁電子器件的新理念10.6.1 全金屬雙極性自旋晶體管10.6.2 半導體雙極性自旋晶體管10.6.3 Datta-Das自旋場效應晶體管10.6.4 熱電子自旋晶體管10.7 結束語參考文獻彩圖．