磁性物质中的电荷－自旋输运.ppt

磁性物质中的电荷 自旋输运 各种磁电阻效应 巨磁电阻 GMR 效应 Mott两流体模型 隧道磁电阻 TMR 效应 Julliere公式 自旋电子学 Schmidt障碍 CMR效应 Zener双交换模型 极地光 磁场中的电子 Lorentz力 极地光托克马克磁控溅射电子显微镜电子的自旋正常磁电阻 铁磁金属能带镍的电子状态密度DOSdiligentelectronslazyelectrons 能带的交换劈裂导致物性的自旋极化 电子的两个自旋子带 状态密度 DOS 不等1 自发磁矩来源于整体 lazyelectrons 2 电流极化来源于Fermi面附近 diligentelectrons Mott二流体模型 1936 T Tc 两种电子之间的 自旋翻转 可以忽略 近似地 总电阻是独立的两个自旋电子流的电阻值 铁磁金属的Fermi面附近 s 与d 电子共存 散射几率 自旋极化 各向异性磁电阻 AMR 正 负磁电阻效应发现 WThomson Proc Roy Soc 8 p546 1857 物理 自旋 轨道作用降低了波函数的对称性 磁晶各向异性 1940 铁磁体的各向异性磁电阻解释 AMR 1951 自旋Hall效应 SHE 1999 层间AFM耦合 1986 GMR效应 1988 A Fert等 Gruenberg等 TMR的再发现1995年Miyazaki JMMM 必要条件 两个特征长度 长程交换耦合 2纳米 Cr1 8nm Cu1 2nm 平均自由程L 10纳米多层膜中单层厚度t 接近 但是要远小于L 特征长度和表征方法 1A1nm10nm100nmDirectexchangelength RKKYexchangelength Magneticdipolarlength Meanfreepath Spindiffusionlength XRD TEM SEM SPM GMR和TMR的应用 成绩 HDR的读出磁头MRAM原理 磁场控制电阻 磁敏电阻 被动器件 需要 主动器件 控制电流 全金属GMR晶体管太困难 功率放大 迁移率低 结区宽 GMR和TMR的应用 续 1 BipolarSpintransistor无功率增益2 Spinfield effecttransistor金属电极 半导体通道金属存在spininjection问题3 SpinvalvetransistorPt Co Cu Co集电极电流太低 信噪比低4 Spinsingle electrontunnelingdevices自旋堆积产生的非平衡态问题 自旋电子学的提出 1 物理和主动 active 器件 2 要求和进展自旋弛豫长度很长提高自旋注入效率磁性半导体作为 自旋源 光学 电学方法进展 庞磁电阻 CMR 1 CMR的再发现薄膜技术JonkerandvanSanten 1950 Jin Tiefeletal 1994 庞磁电阻 CMR 续 2 为甚麽有兴趣 Mott绝缘体高温超导 CMR 重费米子 巡游电子 量子Hall效应强关联电子体系超越 传统的能带理论 几种MR效应物理理解上的进展 表现相似 本质迥异AMR GMR TMR能带理论基础上的 散射过程 CMR非能带理论的 强关联跃迁过程 CMR La0 7Ca0 3MnO3 STO薄膜在稍低于Tc时的扫描隧道谱 看下一张图 随磁场增加共存的绝缘相与金属相团簇此消彼长Science285 1999 1540 各种 电子学 1 电荷电子学电压 改变 电荷状态 控制 电流2 磁电子学磁场 改变 磁矩状态电子 控制 电阻3 自旋电子学电场或光 改变 电荷自旋状态 控制 电流4 轨道电子学电场或光 改变 轨道状态 控制 电流 轨道电子学 激光电场改变轨道状态 然后回复 看下一