納米科學與技術：自旋電子學導論（上卷）

《納米科學與技術》叢書序
現(xiàn)代磁學的黃金時期
golden era of modern magnetism
上卷
第1章 磁性納米多層膜巨磁電阻效應及其器件
1.1 背景簡介
1.2 巨磁電阻效應的發(fā)現(xiàn)、理論及其應用
1.2.1 巨磁電阻效應的發(fā)現(xiàn)和典型實驗結果
1.2.2 巨磁電阻效應的理論模型
1.2.3 巨磁電阻效應的應用
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 鐵磁半導體中的磁電阻
1.3.4 納米線以及有機體系中的磁電阻
1.3.5 非磁體系中的磁電阻效應
1.4 結論與展望
參考文獻
第2章 磁性顆粒膜中的巨磁電阻效應
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
2.2.1 理論解釋
2.2.2 金屬／金屬型顆粒膜gmr效應的影響因素
2.3 金屬／絕緣體型磁性顆粒膜的巨磁電阻效應
2.4 磁性納米粒子組裝顆粒膜的巨磁電阻效應
2.5 結束語
參考文獻
第3章 磁性隧道結及隧穿磁電阻相關效應
3.1 引言：磁性隧道結及其發(fā)展歷程
3.2 基于不同勢壘材料的單勢壘磁性隧道結
3.2.1 基于非晶al-o勢壘的磁性隧道結
3.2.2 基于單晶?-ai2o3勢壘的磁性隧道結
3.2.3 基于非品ti-o勢壘的磁性隧道結
3.2.4 基于單晶mgo（001）勢壘的磁性隧道結
3.2.5 基于尖晶石mgai2 o4（001）等新型勢壘的磁性隧道結
3.2.6 基于有機材料勢壘的磁性隧道結
3.2.7 基于半導體材料勢壘的磁性隧道結
3.2.8 基于其他勢壘的磁性隧道結
3.3 磁性隧道結中常用電極材料
3.3.1 基于單質鐵磁金屬材料的磁性隧道結
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
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
3.3.5 基于稀磁半導體電極材料的磁性隧道結
3.3.6 基于插層和復合電極材料的磁性隧道結
3.4 雙勢壘磁性隧道結
3.4.1 基于非晶al-o雙勢壘的磁性隧道結
3.4.2 基于單晶mgo（001）雙勢壘的磁性隧道結
3.5 磁性隧道結中的物理效應
3.5.1 自旋轉移力矩效應
3.5.2 庫侖阻塞磁電阻效應
3.5.3 磁電阻振蕩效應
3.5.4 雙勢壘磁性隧道結中的量子阱共振隧穿效應
3.5.5 磁性隧道結中的電場效應
3.5.6 磁性隧道結中的熱自旋效應
3.6 磁性隧道結在器件中的應用
3.6.1 硬盤驅動器磁讀頭
3.6.2 磁性傳感器
3.6.3 磁性隨機存取存儲器
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、自旋場效應晶體管
3.6.7 自旋發(fā)光二極管
3.7 研究展望
參考文獻
附錄 磁性隧道結的發(fā)展歷史及其有代表性的優(yōu)化結構
第4章 鐵磁體／反鐵磁體多層結構中交換偏置的最新進展
4.1 引言
4.2 反鐵磁層對磁交換偏置效應的影響
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-電效應實現(xiàn)交換偏置的電場控制
4.6 結語
參考文獻
第5章 磁性超薄膜中厚度誘導的自旋重取向相變
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驗研究及與理論的比較
5.5 總結
參考文獻
第6章 鈣鈦礦結構錳氧化物中的龐磁電阻效應及其應用
6.1 鈣鈦礦結構錳氧化物的cmr效應
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
6.3.1 晶體結構
6.3.2 電子結構
6.3.3 磁結構
6.3.4 cmr錳氧化物的磁輸運行為
6.3.5 各種摻雜效應和相圖
6.3.6 電荷有序和軌道有序
6.3.7 相分離
6.3.8 cmr效應的理論研究
6.4 cmr錳氧化物薄膜器件和應用
6.4.1 錳基異質結及其應用
6.4.2 cmr錳氧化物隧道結及其應用
6.4.3 cmr錳氧化物鐵電場效應晶體管及其應用
6.5 小結
參考文獻
第7章 自旋轉移力矩效應
7.1 引言
7.2 自旋轉移力矩的基本原理
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 自旋轉移力矩在磁異質結中的特性
7.3 自旋轉移力矩驅動的多層膜磁化動力學
7.3.1 llg方程與自旋轉移力矩
7.3.2 磁化動力學：宏觀磁矩模型
7.3.3 磁化動力學：微磁學模型簡介
7.4 磁性單層膜和雙層膜結構中的自旋轉移
7.4.1 不均勻鐵磁金屬單層膜中的自旋轉移
7.4.2 順磁金屬／鐵磁金屬雙層膜中的自旋轉移
7.5 對自旋轉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移
7.5.2 熱驅動自旋轉移力矩
7.5.3 自旋轉移力矩的逆效應
7.5.4 其他磁性材料中的自旋轉移效應
參考文獻
第8章 自旋轉移力矩效應和微磁學模擬技術
8.1 微磁學基礎理論
8.1.1 布朗（brown）穩(wěn)態(tài)方程
8.1.2 磁動力學方程
8.1.3 數(shù)值模擬方法
8.1.4 微磁學計算中的單位約化
8.2 微磁學新進展
8.2.1 自旋轉移力矩效應
8.2.2 rashba效應
8.2.3 landau-lifshitz-bloch方程
8.2.4 自洽bloch方程
8.2.5 原子尺度的微磁學模型
8.3 stt驅動的磁化翻轉及微磁學模擬
8.3.1 stt效應的研究進展
8.3.2 stt驅動的磁化翻轉微磁學模擬
8.4 stt驅動的磁渦旋極性翻轉
8.5 stt驅動的自旋波激發(fā)
8.5.1 stt驅動的磁振蕩
8.5.2 面內-垂直雙自旋極化結構
8.6 原子尺度的微磁學模擬
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模型及激光退磁過程
8.7 結束語
參考文獻
第9章 鐵磁共振和自旋波的電檢測技術及其在自旋電子學方面的新應用
9.1 電檢測鐵磁共振技術的物理原理
9.2 電檢測鐵磁共振信號的定量分析方法
9.2.1 磁化強度的進動
9.2.2 廣義歐姆定律
9.2.3 自旋整流效應的定量分析和角對稱性
9.3 鐵磁共振和自旋波電檢測技術的應用
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 異質結自旋器件中自旋泵浦效應和自旋整流效應的區(qū)分
9.3.6 微波磁場矢量探測器
9.3.7 微波相位成像
9.結語
參考文獻
第10章 磁性納米異質受限結構中的自旋和熱電輸運量子理論
10.1 引言
10.2 單磁性隧道結中自旋相關輸運定態(tài)理論
10.2.1 無自旋的轉移哈密頓量
10.2.2 單隧道結系統(tǒng)的哈密頓量
10.2.3 利用非平衡格林函數(shù)計算電流和電導
10.2.4 電導和隧穿磁電阻效應
10.2.5 單磁性隧道結中的自旋轉移力矩
10.2 6電子-電子相互作用對電導的影響
10.3 雙磁性隧道結中自旋相關輸運定態(tài)理論
10.3.1 中心區(qū)為鐵磁膜
10.3.2 中心區(qū)為超導體
10.3.3 中心區(qū)為量子點
10.3.4 中心區(qū)為一臂鑲嵌了量子點的aharonov-bohm環(huán)
10.3.5 自旋過濾：鐵磁體-量子點-半導體雙隧道結系統(tǒng)
10.4 自旋相關的含時輸運理論
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
10.4.2 單磁性隧道結中含時外場對電流和自旋轉移力矩的影響
10.5 具有自旋軌道耦合的量子環(huán)和自旋場效應管中激光激發(fā)的自旋動力學
10.5.1 量子環(huán)
10.5.2 光控自旋場效應管
10.6 自旋熱電輸運理論
10.6.1 熱功率、peltier系數(shù)和熱導率
10.6.2 wiedemann-franz定律
10.7 總結
參考文獻
第11章 各種霍爾效應及其輸運性質和應用
11.1 霍爾效應的研究簡史
11.2 霍爾效應分類介紹
11.2.1 正常霍爾效應
11.2.2 反?；魻栃?br>11.2.3 平面霍爾效應
11.2.4 自旋霍爾效應
11.2.5 量子霍爾效應
11.3 本章小結
參考文獻
第12章 自旋霍爾效應、反常霍爾效應和拓撲絕緣體
12.1 整數(shù)量子霍爾效應
12.2 量子反?；魻栃?br>12.3 量子自旋霍爾效應
參考文獻
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
13.2.1 含有自旋軌道耦合的實空間哈密頓量
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 半導體中的自旋極化流
13.3.2 量子點中的自旋積累
13.4 介觀小環(huán)中的持續(xù)自旋流
13.4.1 產生持續(xù)自旋流的物理圖像
13.4.2 自旋軌道耦合-正常復合介觀小環(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 一個例子：一維體系自旋流
13.6 自旋流產生的電場
13.7 展望
參考文獻
第14章 半導體中的自旋軌道耦合及其物理效應
14.1 引言
14.2 半導體中的自旋軌道耦合
14.2.1 有效質量理論
14.2.2 半導體量子阱中的rashba自旋劈裂
14.3 窄禁帶半導體量子阱中的本征自旋霍爾效應
14.3.1 8帶模型計算本征自旋霍爾效應
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
14.4 拓撲絕緣體
14.4.1 拓撲絕緣體中的反常電子軌道
14.4.2 拓撲絕緣體表面電子引發(fā)的可控rkky相互作用
14.4.3 拓撲絕緣體量子點
14.4.4 極化場驅動的拓撲絕緣體量子相變
14.5 結束語
參考文獻
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鏈與阻挫驅動的量子相變
15.3.2 二維j1-j2模型與無序誘導的有序
15.3.3 阻挫自旋系統(tǒng)的低能磁激發(fā)
15.3.4 量子自旋液體與分數(shù)激發(fā)
15.4 展望
參考文獻
索引
彩圖

下卷
第16章 熱自旋電子學
16.1 卡諾電子學的發(fā)展背景
16.2 自旋相關熱電理論及實驗進展
16.2.1 塞貝克效應及其理論
16.2.2 雙電流模型
16.2.3 自旋相關熱電理論
16.2.4 自旋相關熱電效應實驗進展
16.3 自旋塞貝克效應及其相關效應
16.3.1 自旋霍爾效應和逆自旋霍爾效應
16.3.2 自旋塞貝克效應
16.3.3 自旋能斯特效應
16.3.4 pt鄰近效應
16.3.5 自旋霍爾磁電阻
16.4 磁性隧道結
16.4.1 磁性隧道結的熱電理論計算
16.4.2 磁性隧道結的熱電實驗進展
16.5 熱誘導的自旋轉移力矩
16.6 結束語
參考文獻

第17章 iii-v族磁性半導體（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
17.3 （ga，mn）as的自旋超快動力學
17.3.1 電子自旋超快激發(fā)與弛豫動力學過程及其相關物理機制
17.3.2 光控磁化翻轉及其動力學過程研究
17.3.3 全光相干自旋波激發(fā)與動力學過程研究
17.4 （ga，mn）as的費米能級問題
17.4.1 價帶模型
17.4.2 雜質帶模型
17.5 基于（ga，mn）as的器件物理效應
17.5.1 電場調控磁化矢量的轉動
17.5.2 電場調控居里溫度
17.5.3 鐵磁金屬／（ga，mn）as復合隧道結
17.6 展望
參考文獻

第18章 氧化物稀磁半導體
18.1 研究背景
18.1.1 引言
18.1.2 稀磁半導體的發(fā)展歷程
18.2 氧化物稀磁半導體薄膜的制備
18.2.1 制備方法
18.2.2 制備條件
18.3 氧化物稀磁半導體的結構及表征
18.3.1 氧化物半導體的晶體結構與特性
18.3.2 氧化物稀磁半導體結構表征
18.4 氧化物稀磁半導體的磁性
18.4.l 3d過渡金屬摻雜氧化物稀磁半導體
18.4.2 共摻雜氧化物稀磁半導體
18.4.3 非磁性元素摻雜和不摻雜的氧化物稀磁半導體
18.5 氧化物稀磁半導體的輸運性質
18.5.1 載流子濃度與鐵磁性的關系
18.5.2 反常霍爾效應
18.6 氧化物稀磁半導體的理論計算
18.6.1 第一性原理計算方法
18.6.2 磁交換能的計算
18.6.3 電子結構分析
18.6.4 tc的計算
18.7 氧化物稀磁半導體的磁性產生模型
18.7.1 載流子誘導的鐵磁性理論
18.7.2 束縛磁極子理論
18.7.3 電荷轉移的鐵磁性理論
18.8 氧化物稀磁半導體及其異質結中的磁電阻效應
18.8.1 氧化物稀磁半導體的磁電阻效應
18.8.2 氧化物稀磁半導體基的磁性隧道結
18.9 總結與展望
參考文獻

第19章 有機半導體異質結構及其磁電阻效應
19.1 垂直結構有機自旋閥器件的制備
19.2 鐵磁有機界面的自旋注入
19.3 有機半導體中的自旋弛豫
19.4 有機材料中的隧穿磁電阻現(xiàn)象
19.5 自旋調控的有機電子學器件
19.6 小結
參考文獻

第20章 有機復合磁性納米結構中的理論計算研究
20.1 有機復合磁性納米結構簡介
20.2 基于有機復合磁性納米結構的理論簡介
20.2.1 唯象的理論方法
20.2.2 第一性原理有機物一金屬界面的計算方法
20.2.3 非平衡態(tài)格林函數(shù)方法
20.2.4 其他效應的理論方法
20.3 有機復合磁性納米結構的結構特性
20.3.1 有機物-磁性金屬界面
20.3.2 有機物-絕緣體界面
20.3.3 雙面有機物-磁性金屬結合的結構
20.3.4 其他與有機物相關的界面結構
20.4 有機復合磁性納米結構的自旋相關輸運特征
20.4.1 基于有機物的隧穿磁電阻效應
20.4.2 與有機物相關的界面耦合效應
20.4.3 自旋相關雜化對輸運的影響
20.4.4 電流驅動下的有機物結構轉變效應
20.4.5 其他有機物中的自旋相關輸運特性
20.5 有機磁性納米復合結構的應用前景展望
20.5.1 與自旋相關的有機隨機存儲器
20.5.2 有機自旋晶體管
20.5.3 基于有機材料的自旋發(fā)光二極管
20.5.4 基于有機物的自旋流發(fā)射源
20.6 總結與展望
參考文獻

第21章 碳基自旋電子學
21.1 基于石墨烯的自旋電子學
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 自旋輸運和自旋調控
21.1.5 基于石墨烯納米帶的自旋電子學
21.1.6 小結
21.2 基于碳納米管的自旋電子學
21.2.1 碳納米管簡介
21.2.2 碳納米管自旋閥器件
21.2.3 碳管中的自旋輸運和調控
21.2.4 小結
21.3 基于有機半導體和富勒烯的自旋閥器件
21.4 總結和展望