納米科學(xué)與技術(shù)：自旋電子學(xué)導(dǎo)論（上卷）

《納米科學(xué)與技術(shù)》叢書序
現(xiàn)代磁學(xué)的黃金時(shí)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 背景簡介
1.2 巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)、理論及其應(yīng)用
1.2.1 巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1.2.2 巨磁電阻效應(yīng)的理論模型
1.2.3 巨磁電阻效應(yīng)的應(yīng)用
1.3 巨磁電阻的影響
1.3.1 隧穿磁電阻
1.3.2 龐磁電阻
1.3.3 鐵磁半導(dǎo)體中的磁電阻
1.3.4 納米線以及有機(jī)體系中的磁電阻
1.3.5 非磁體系中的磁電阻效應(yīng)
1.4 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
第2章 磁性顆粒膜中的巨磁電阻效應(yīng)
2.1 磁性顆粒膜中的超順磁性
2.1.1 鐵磁性顆粒的磁性
2.1.2 鐵磁性顆粒集合體的超順磁性
2.2 金屬／金屬型磁性顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)
2.2.1 理論解釋
2.2.2 金屬／金屬型顆粒膜gmr效應(yīng)的影響因素
2.3 金屬／絕緣體型磁性顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)
2.4 磁性納米粒子組裝顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)
2.5 結(jié)束語
參考文獻(xiàn)
第3章 磁性隧道結(jié)及隧穿磁電阻相關(guān)效應(yīng)
3.1 引言：磁性隧道結(jié)及其發(fā)展歷程
3.2 基于不同勢(shì)壘材料的單勢(shì)壘磁性隧道結(jié)
3.2.1 基于非晶al-o勢(shì)壘的磁性隧道結(jié)
3.2.2 基于單晶?-ai2o3勢(shì)壘的磁性隧道結(jié)
3.2.3 基于非品ti-o勢(shì)壘的磁性隧道結(jié)
3.2.4 基于單晶mgo（001）勢(shì)壘的磁性隧道結(jié)
3.2.5 基于尖晶石mgai2 o4（001）等新型勢(shì)壘的磁性隧道結(jié)
3.2.6 基于有機(jī)材料勢(shì)壘的磁性隧道結(jié)
3.2.7 基于半導(dǎo)體材料勢(shì)壘的磁性隧道結(jié)
3.2.8 基于其他勢(shì)壘的磁性隧道結(jié)
3.3 磁性隧道結(jié)中常用電極材料
3.3.1 基于單質(zhì)鐵磁金屬材料的磁性隧道結(jié)
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)
3.3.3 具有高自旋極化率的半金屬電極材料
3.3.4 基于垂直磁各向異性磁電極材料的磁性隧道結(jié)
3.3.5 基于稀磁半導(dǎo)體電極材料的磁性隧道結(jié)
3.3.6 基于插層和復(fù)合電極材料的磁性隧道結(jié)
3.4 雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)
3.4.1 基于非晶al-o雙勢(shì)壘的磁性隧道結(jié)
3.4.2 基于單晶mgo（001）雙勢(shì)壘的磁性隧道結(jié)
3.5 磁性隧道結(jié)中的物理效應(yīng)
3.5.1 自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)
3.5.2 庫侖阻塞磁電阻效應(yīng)
3.5.3 磁電阻振蕩效應(yīng)
3.5.4 雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)中的量子阱共振隧穿效應(yīng)
3.5.5 磁性隧道結(jié)中的電場效應(yīng)
3.5.6 磁性隧道結(jié)中的熱自旋效應(yīng)
3.6 磁性隧道結(jié)在器件中的應(yīng)用
3.6.1 硬盤驅(qū)動(dòng)器磁讀頭
3.6.2 磁性傳感器
3.6.3 磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器
3.6.4 自旋納米振蕩器
3.6.5 自旋邏輯器件
3.6.6 自旋晶體管、自旋場效應(yīng)晶體管
3.6.7 自旋發(fā)光二極管
3.7 研究展望
參考文獻(xiàn)
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)
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(jìn)展
4.1 引言
4.2 反鐵磁層對(duì)磁交換偏置效應(yīng)的影響
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
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
4.5 通過磁-電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)交換偏置的電場控制
4.6 結(jié)語
參考文獻(xiàn)
第5章 磁性超薄膜中厚度誘導(dǎo)的自旋重取向相變
5.1 唯象性描述
5.1.1 零磁場下的自旋重取向相變
5.1.2 外加磁場下的自旋重取向相變
5.2 利用磁化曲線研究自旋重取向相變
5.3 利用微觀成像技術(shù)研究自旋重取向相變
5.4 利用磁化率研究自旋重取向相變
5.4.1 厚度誘導(dǎo)自旋重取向相變中磁化率的理論模型
5.4.2 自旋重取向相變的磁化率實(shí)驗(yàn)研究及與理論的比較
5.5 總結(jié)
參考文獻(xiàn)
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
6.1 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物的cmr效應(yīng)
6.2 cmr錳氧化物的制備
6.2.1 多晶陶瓷
6.2.2 單晶
6.2.3 薄膜
6.2.4 納米顆粒、線
6.3 cmr錳氧化物的物理性質(zhì)
6.3.1 晶體結(jié)構(gòu)
6.3.2 電子結(jié)構(gòu)
6.3.3 磁結(jié)構(gòu)
6.3.4 cmr錳氧化物的磁輸運(yùn)行為
6.3.5 各種摻雜效應(yīng)和相圖
6.3.6 電荷有序和軌道有序
6.3.7 相分離
6.3.8 cmr效應(yīng)的理論研究
6.4 cmr錳氧化物薄膜器件和應(yīng)用
6.4.1 錳基異質(zhì)結(jié)及其應(yīng)用
6.4.2 cmr錳氧化物隧道結(jié)及其應(yīng)用
6.4.3 cmr錳氧化物鐵電場效應(yīng)晶體管及其應(yīng)用
6.5 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章 自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)
7.1 引言
7.2 自旋轉(zhuǎn)移力矩的基本原理
7.2.1 自旋電流、自旋力矩以及它們之間的聯(lián)系
7.2.2 自由電子在非磁性金屬和鐵磁金屬界面處的散射
7.2.3 自旋轉(zhuǎn)移力矩在磁異質(zhì)結(jié)中的特性
7.3 自旋轉(zhuǎn)移力矩驅(qū)動(dòng)的多層膜磁化動(dòng)力學(xué)
7.3.1 llg方程與自旋轉(zhuǎn)移力矩
7.3.2 磁化動(dòng)力學(xué)：宏觀磁矩模型
7.3.3 磁化動(dòng)力學(xué)：微磁學(xué)模型簡介
7.4 磁性單層膜和雙層膜結(jié)構(gòu)中的自旋轉(zhuǎn)移
7.4.1 不均勻鐵磁金屬單層膜中的自旋轉(zhuǎn)移
7.4.2 順磁金屬／鐵磁金屬雙層膜中的自旋轉(zhuǎn)移
7.5 對(duì)自旋轉(zhuǎn)移力矩的其他研究方向的展望
7.5.1 基于鐵磁絕緣體的自旋轉(zhuǎn)移
7.5.2 熱驅(qū)動(dòng)自旋轉(zhuǎn)移力矩
7.5.3 自旋轉(zhuǎn)移力矩的逆效應(yīng)
7.5.4 其他磁性材料中的自旋轉(zhuǎn)移效應(yīng)
參考文獻(xiàn)
第8章 自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)和微磁學(xué)模擬技術(shù)
8.1 微磁學(xué)基礎(chǔ)理論
8.1.1 布朗（brown）穩(wěn)態(tài)方程
8.1.2 磁動(dòng)力學(xué)方程
8.1.3 數(shù)值模擬方法
8.1.4 微磁學(xué)計(jì)算中的單位約化
8.2 微磁學(xué)新進(jìn)展
8.2.1 自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)
8.2.2 rashba效應(yīng)
8.2.3 landau-lifshitz-bloch方程
8.2.4 自洽bloch方程
8.2.5 原子尺度的微磁學(xué)模型
8.3 stt驅(qū)動(dòng)的磁化翻轉(zhuǎn)及微磁學(xué)模擬
8.3.1 stt效應(yīng)的研究進(jìn)展
8.3.2 stt驅(qū)動(dòng)的磁化翻轉(zhuǎn)微磁學(xué)模擬
8.4 stt驅(qū)動(dòng)的磁渦旋極性翻轉(zhuǎn)
8.5 stt驅(qū)動(dòng)的自旋波激發(fā)
8.5.1 stt驅(qū)動(dòng)的磁振蕩
8.5.2 面內(nèi)-垂直雙自旋極化結(jié)構(gòu)
8.6 原子尺度的微磁學(xué)模擬
8.6.1 稀土-過渡金屬合金材料
8.6.2 三溫度模型
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
8.7 結(jié)束語
參考文獻(xiàn)
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
9.1 電檢測鐵磁共振技術(shù)的物理原理
9.2 電檢測鐵磁共振信號(hào)的定量分析方法
9.2.1 磁化強(qiáng)度的進(jìn)動(dòng)
9.2.2 廣義歐姆定律
9.2.3 自旋整流效應(yīng)的定量分析和角對(duì)稱性
9.3 鐵磁共振和自旋波電檢測技術(shù)的應(yīng)用
9.3.1 gamnas薄膜中的自旋激發(fā)
9.3.2 相分辨鐵磁共振譜
9.3.3 自旋波共振的電檢測
9.3.4 非線性鐵磁共振和自旋波
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
9.3.6 微波磁場矢量探測器
9.3.7 微波相位成像
9.結(jié)語
參考文獻(xiàn)
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(yùn)量子理論
10.1 引言
10.2 單磁性隧道結(jié)中自旋相關(guān)輸運(yùn)定態(tài)理論
10.2.1 無自旋的轉(zhuǎn)移哈密頓量
10.2.2 單隧道結(jié)系統(tǒng)的哈密頓量
10.2.3 利用非平衡格林函數(shù)計(jì)算電流和電導(dǎo)
10.2.4 電導(dǎo)和隧穿磁電阻效應(yīng)
10.2.5 單磁性隧道結(jié)中的自旋轉(zhuǎn)移力矩
10.2 6電子-電子相互作用對(duì)電導(dǎo)的影響
10.3 雙磁性隧道結(jié)中自旋相關(guān)輸運(yùn)定態(tài)理論
10.3.1 中心區(qū)為鐵磁膜
10.3.2 中心區(qū)為超導(dǎo)體
10.3.3 中心區(qū)為量子點(diǎn)
10.3.4 中心區(qū)為一臂鑲嵌了量子點(diǎn)的aharonov-bohm環(huán)
10.3.5 自旋過濾：鐵磁體-量子點(diǎn)-半導(dǎo)體雙隧道結(jié)系統(tǒng)
10.4 自旋相關(guān)的含時(shí)輸運(yùn)理論
10.4.1 多鐵磁端口器件：中心區(qū)存在隨時(shí)間變化的柵電壓
10.4.2 單磁性隧道結(jié)中含時(shí)外場對(duì)電流和自旋轉(zhuǎn)移力矩的影響
10.5 具有自旋軌道耦合的量子環(huán)和自旋場效應(yīng)管中激光激發(fā)的自旋動(dòng)力學(xué)
10.5.1 量子環(huán)
10.5.2 光控自旋場效應(yīng)管
10.6 自旋熱電輸運(yùn)理論
10.6.1 熱功率、peltier系數(shù)和熱導(dǎo)率
10.6.2 wiedemann-franz定律
10.7 總結(jié)
參考文獻(xiàn)
第11章 各種霍爾效應(yīng)及其輸運(yùn)性質(zhì)和應(yīng)用
11.1 霍爾效應(yīng)的研究簡史
11.2 霍爾效應(yīng)分類介紹
11.2.1 正?；魻栃?yīng)
11.2.2 反常霍爾效應(yīng)
11.2.3 平面霍爾效應(yīng)
11.2.4 自旋霍爾效應(yīng)
11.2.5 量子霍爾效應(yīng)
11.3 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第12章 自旋霍爾效應(yīng)、反常霍爾效應(yīng)和拓?fù)浣^緣體
12.1 整數(shù)量子霍爾效應(yīng)
12.2 量子反?；魻栃?yīng)
12.3 量子自旋霍爾效應(yīng)
參考文獻(xiàn)
第13章 介觀器件中的自旋軌道耦合和自旋流
13.1 引言
13.2 自旋電子器件的理論基礎(chǔ)
13.2.1 含有自旋軌道耦合的實(shí)空間哈密頓量
13.2.2 含有自旋軌道耦合的二次量子化哈密頓量
13.3 納米器件中的自旋積累和自旋極化流
13.3.1 半導(dǎo)體中的自旋極化流
13.3.2 量子點(diǎn)中的自旋積累
13.4 介觀小環(huán)中的持續(xù)自旋流
13.4.1 產(chǎn)生持續(xù)自旋流的物理圖像
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
13.5 自旋流定義
13.5.1 線自旋流、角自旋流和連續(xù)性方程
13.5.2 一個(gè)例子：一維體系自旋流
13.6 自旋流產(chǎn)生的電場
13.7 展望
參考文獻(xiàn)
第14章 半導(dǎo)體中的自旋軌道耦合及其物理效應(yīng)
14.1 引言
14.2 半導(dǎo)體中的自旋軌道耦合
14.2.1 有效質(zhì)量理論
14.2.2 半導(dǎo)體量子阱中的rashba自旋劈裂
14.3 窄禁帶半導(dǎo)體量子阱中的本征自旋霍爾效應(yīng)
14.3.1 8帶模型計(jì)算本征自旋霍爾效應(yīng)
14.3.2 速度頂角修正——梯圖近似
14.3.3 hgcdte／cdte量子阱中量子相變致本征自旋霍爾效應(yīng)
14.4 拓?fù)浣^緣體
14.4.1 拓?fù)浣^緣體中的反常電子軌道
14.4.2 拓?fù)浣^緣體表面電子引發(fā)的可控rkky相互作用
14.4.3 拓?fù)浣^緣體量子點(diǎn)
14.4.4 極化場驅(qū)動(dòng)的拓?fù)浣^緣體量子相變
14.5 結(jié)束語
參考文獻(xiàn)
第15章 磁性阻挫系統(tǒng)
15.1 自旋系統(tǒng)中阻挫的引入
15.2 經(jīng)典自旋體系中的磁性阻挫
15.2.1 二維幾何阻挫ising模型
15.2.2 三維幾何阻挫系統(tǒng)與自旋冰
15.2.3 連續(xù)自旋模型與計(jì)算模擬
15.3 量子自旋體系中的磁性阻挫
15.3.1 一維heisenberg鏈與阻挫驅(qū)動(dòng)的量子相變
15.3.2 二維j1-j2模型與無序誘導(dǎo)的有序
15.3.3 阻挫自旋系統(tǒng)的低能磁激發(fā)
15.3.4 量子自旋液體與分?jǐn)?shù)激發(fā)
15.4 展望
參考文獻(xiàn)
索引
彩圖

下卷
第16章 熱自旋電子學(xué)
16.1 卡諾電子學(xué)的發(fā)展背景
16.2 自旋相關(guān)熱電理論及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展
16.2.1 塞貝克效應(yīng)及其理論
16.2.2 雙電流模型
16.2.3 自旋相關(guān)熱電理論
16.2.4 自旋相關(guān)熱電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展
16.3 自旋塞貝克效應(yīng)及其相關(guān)效應(yīng)
16.3.1 自旋霍爾效應(yīng)和逆自旋霍爾效應(yīng)
16.3.2 自旋塞貝克效應(yīng)
16.3.3 自旋能斯特效應(yīng)
16.3.4 pt鄰近效應(yīng)
16.3.5 自旋霍爾磁電阻
16.4 磁性隧道結(jié)
16.4.1 磁性隧道結(jié)的熱電理論計(jì)算
16.4.2 磁性隧道結(jié)的熱電實(shí)驗(yàn)進(jìn)展
16.5 熱誘導(dǎo)的自旋轉(zhuǎn)移力矩
16.6 結(jié)束語
參考文獻(xiàn)

第17章 iii-v族磁性半導(dǎo)體（ga，mn）as
17.1 p-d交換作用zener模型
17.2 高居里溫度（ga，mn）as的制備
17.2.1 重mn摻雜
17.2.2 自上而下微納加工（ga，mn）as納米條
17.2.3 自下而上自組織生長（ga，mn）as納米線
17.2.4 磁鄰近效應(yīng)
17.3 （ga，mn）as的自旋超快動(dòng)力學(xué)
17.3.1 電子自旋超快激發(fā)與弛豫動(dòng)力學(xué)過程及其相關(guān)物理機(jī)制
17.3.2 光控磁化翻轉(zhuǎn)及其動(dòng)力學(xué)過程研究
17.3.3 全光相干自旋波激發(fā)與動(dòng)力學(xué)過程研究
17.4 （ga，mn）as的費(fèi)米能級(jí)問題
17.4.1 價(jià)帶模型
17.4.2 雜質(zhì)帶模型
17.5 基于（ga，mn）as的器件物理效應(yīng)
17.5.1 電場調(diào)控磁化矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)
17.5.2 電場調(diào)控居里溫度
17.5.3 鐵磁金屬／（ga，mn）as復(fù)合隧道結(jié)
17.6 展望
參考文獻(xiàn)

第18章 氧化物稀磁半導(dǎo)體
18.1 研究背景
18.1.1 引言
18.1.2 稀磁半導(dǎo)體的發(fā)展歷程
18.2 氧化物稀磁半導(dǎo)體薄膜的制備
18.2.1 制備方法
18.2.2 制備條件
18.3 氧化物稀磁半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)及表征
18.3.1 氧化物半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)與特性
18.3.2 氧化物稀磁半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表征
18.4 氧化物稀磁半導(dǎo)體的磁性
18.4.l 3d過渡金屬摻雜氧化物稀磁半導(dǎo)體
18.4.2 共摻雜氧化物稀磁半導(dǎo)體
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
18.5 氧化物稀磁半導(dǎo)體的輸運(yùn)性質(zhì)
18.5.1 載流子濃度與鐵磁性的關(guān)系
18.5.2 反?；魻栃?yīng)
18.6 氧化物稀磁半導(dǎo)體的理論計(jì)算
18.6.1 第一性原理計(jì)算方法
18.6.2 磁交換能的計(jì)算
18.6.3 電子結(jié)構(gòu)分析
18.6.4 tc的計(jì)算
18.7 氧化物稀磁半導(dǎo)體的磁性產(chǎn)生模型
18.7.1 載流子誘導(dǎo)的鐵磁性理論
18.7.2 束縛磁極子理論
18.7.3 電荷轉(zhuǎn)移的鐵磁性理論
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)
18.8.1 氧化物稀磁半導(dǎo)體的磁電阻效應(yīng)
18.8.2 氧化物稀磁半導(dǎo)體基的磁性隧道結(jié)
18.9 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)

第19章 有機(jī)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)及其磁電阻效應(yīng)
19.1 垂直結(jié)構(gòu)有機(jī)自旋閥器件的制備
19.2 鐵磁有機(jī)界面的自旋注入
19.3 有機(jī)半導(dǎo)體中的自旋弛豫
19.4 有機(jī)材料中的隧穿磁電阻現(xiàn)象
19.5 自旋調(diào)控的有機(jī)電子學(xué)器件
19.6 小結(jié)
參考文獻(xiàn)

第20章 有機(jī)復(fù)合磁性納米結(jié)構(gòu)中的理論計(jì)算研究
20.1 有機(jī)復(fù)合磁性納米結(jié)構(gòu)簡介
20.2 基于有機(jī)復(fù)合磁性納米結(jié)構(gòu)的理論簡介
20.2.1 唯象的理論方法
20.2.2 第一性原理有機(jī)物一金屬界面的計(jì)算方法
20.2.3 非平衡態(tài)格林函數(shù)方法
20.2.4 其他效應(yīng)的理論方法
20.3 有機(jī)復(fù)合磁性納米結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性
20.3.1 有機(jī)物-磁性金屬界面
20.3.2 有機(jī)物-絕緣體界面
20.3.3 雙面有機(jī)物-磁性金屬結(jié)合的結(jié)構(gòu)
20.3.4 其他與有機(jī)物相關(guān)的界面結(jié)構(gòu)
20.4 有機(jī)復(fù)合磁性納米結(jié)構(gòu)的自旋相關(guān)輸運(yùn)特征
20.4.1 基于有機(jī)物的隧穿磁電阻效應(yīng)
20.4.2 與有機(jī)物相關(guān)的界面耦合效應(yīng)
20.4.3 自旋相關(guān)雜化對(duì)輸運(yùn)的影響
20.4.4 電流驅(qū)動(dòng)下的有機(jī)物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變效應(yīng)
20.4.5 其他有機(jī)物中的自旋相關(guān)輸運(yùn)特性
20.5 有機(jī)磁性納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景展望
20.5.1 與自旋相關(guān)的有機(jī)隨機(jī)存儲(chǔ)器
20.5.2 有機(jī)自旋晶體管
20.5.3 基于有機(jī)材料的自旋發(fā)光二極管
20.5.4 基于有機(jī)物的自旋流發(fā)射源
20.6 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)

第21章 碳基自旋電子學(xué)
21.1 基于石墨烯的自旋電子學(xué)
21.1.1 石墨烯簡介
21.1.2自旋注入
21.1.3石墨烯自旋閥器件
21.1.4 自旋輸運(yùn)和自旋調(diào)控
21.1.5 基于石墨烯納米帶的自旋電子學(xué)
21.1.6 小結(jié)
21.2 基于碳納米管的自旋電子學(xué)
21.2.1 碳納米管簡介
21.2.2 碳納米管自旋閥器件
21.2.3 碳管中的自旋輸運(yùn)和調(diào)控
21.2.4 小結(jié)
21.3 基于有機(jī)半導(dǎo)體和富勒烯的自旋閥器件
21.4 總結(jié)和展望