磁性物质中的电荷-自旋输运10学时.ppt

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1、磁性物质中的电荷自旋输运（10学时）,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 DOSdiligent electronslazy electrons,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（lazy electrons）2，电流极化 来源于Fermi面附近（diligent el

2、ectrons）,Mott 二流体模型（1936）,TTc,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：W Thomson,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19

3、95年 Miyazaki(JMMM),必要条件,两个特征长度：长程交换耦合 2纳米（Cr 1。8nm；Cu 1。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,1A 1nm 10nm 100nm Direct exchange length RKKY exchange lengthMagnetic dipolar length.Mean free path.Spin diffusion length.XRD.TEM.SEMSPM.,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？

4、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，Bipolar Spin transistor 无功率增益2，Spin field-effect transistor 金属电极半导体通道金属 存在spin injection 问题3，Spin valve transistorPt/Co/Cu/Co 集电极电流太低，信噪比低4，Spin single-electron tunneling devices 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

5、 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 Jonker and van Santen(1950)Jin，Tiefel et al(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,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Science 285,(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。（看下一张图）时间分辨的偏振光显微镜的有序态的像。脉冲激光（E 1.5eV）照射La0.5Sr1.5MnO4 平面。经过 1 ms 后，轨道状态恢复原状。,激光电场改变轨道状态,结束,