自旋电子学研究进展磁学会议

向上和向下的两种载流子,利用自旋向上或向下两种载流子的特性能否做成新的电子器件?更进一步能否利用四种载流子制造电子器件?Р电子Р一、序言Р电子在固体中的输运性质Р晶体中的电子是在一个具有晶格周期性的等效势场中运动Р波动方程解(布洛赫定理):Р布洛赫函数Р在严格的周期性势场下(绝对零度00K,完整的单晶),前进的电子波是完全“透明”的。一旦严格周期性势场被破坏( 如:温度升高原子的振动,多晶体晶粒的晶界,晶体中的杂质或缺陷等)电子波受到散射。Р低温下电子弹性散射的平均时间间隔10-13 秒,平均自由程10nm。Р非弹性散射的平均时间间隔10-11 秒,相位干涉长度1m。Р极化电子自旋保持原有极化方向的平均间隔时间10-9 秒,自旋扩散长度100m。Р室温下自旋扩散长度Р钴铁 FeNi 金银铜铝Р自旋向上↑ 5.5nm 1.5nm 4.6nmР自旋向下↓ 0.6nm 2.1nm 0.6nm 1-10mР电子的自旋通常只有在磁性原子附近通过交换作用或者通过自旋-轨道耦合与杂质原子或者缺陷发生相互作用被退极化。Р电子自旋极化度Р当电子通过铁磁金属时,电子由简并态,变成向上(+1/2)和向下(-1/2)的非简并态,极化度表示为Р自旋极化度Р实验结果:Р材料 Ni Co Fe Ni80Fe20 Co50Fe50 Co84Fe16 ? 自旋极化度(%) 33 45 44 48 51 49РN↑和N↓分别表示在费密面自旋向上和向下的电子数。Р自旋电子学产生的背景:Р能在纳米尺度制备多层薄膜;РР3dР4sРP=45%РP=100%Р微电子工艺能制备亚微米器件;Р纳米尺寸下新物理效应的发现;Р信息存储发展的需求。Р纳米柱器件РGMR=4.0%Р例如:Р自旋极化度РN↑和N↓分别表示在费密面自旋向上和向下的电子数。Р↑↑电阻小Р↑↓电阻大Р隧道磁电阻TMRР自旋电子现象研究进程