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磁性纳米结构中的自旋传导

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第一部分磁性纳米结构的电子自旋结构 2

第二部分自旋注入和自旋传输机制 4

第三部分磁化动力学和自旋弛豫 6

第四部分电荷传输与自旋传输的相互作用 9

第五部分自旋信号的检测和表征 12

第六部分磁性纳米结构的自旋电子器件 14

第七部分自旋传输在自旋电子学中的应用 17

第八部分磁性纳米结构自旋传输的未来发展方向 20

第一部分磁性纳米结构的电子自旋结构

关键词

关键要点

主题名称：自旋轨道相互作用

1.自旋轨道相互作用是在磁性体系中自旋和轨道运动之间的关联，它可以导致电子自旋极化。

2.自旋轨道相互作用的强度取决于材料的原子序数、晶体结构和电子占据态。

3.自旋轨道相互作用可以被利用来操纵电子自旋，实现自旋电子器件的应用，如自旋阀和自旋注入器。

主题名称：磁各向异性

磁性纳米结构的电子自旋结构

磁性纳米结构中电子的自旋态在自旋电子学领域至关重要，该领域旨在操纵自旋以存储和处理信息。磁性纳米结构中电子的自旋结构对理解其磁性能、自旋传输特性和潜在应用至关重要。

自旋偏振

磁性纳米结构的电子自旋可以表现出偏振，这意味着自旋向上或自旋向下的电子占主导地位。自旋偏振度用自旋极化率表示，定义为向上自旋电子密度与向下自旋电子密度的差值与总电子密度的比值。

自旋偏振的强度取决于材料的磁矩、温度和外加磁场。材料的居里温度以上，自旋偏振消失，因为热激发打破了自旋有序性。

自旋输运

在磁性纳米结构中，电子自旋可以通过自旋传输机制从一个区域传导到另一个区域。自旋传输机制包括：

*交换耦合：电子在相邻的磁性层之间交换自旋，从而实现自旋传输。

*非共线自旋阀：两个磁性层之间有一个非共线对齐角，允许电子以自旋依赖方式传输。

*自旋泵：外加磁场驱动自旋流，从而实现自旋传输。

自旋注入和提取

自旋注入是将电子自旋从一个磁性层注入到另一个非磁性或слабо磁性层的过程。自旋提取则是相反的过程，即从非磁性层中提取电子自旋。自旋注入和提取的效率取决于材料的界面性质、自旋扩散长度和杂质散射。

自旋寿命时间

自旋寿命时间是指电子自旋在磁性纳米结构中保持其自旋方向的时间。自旋寿命时间由自旋弛豫机制决定，包括自旋-晶格弛豫、自旋-自旋弛豫和杂质散射。

自旋寿命时间对于自旋电子器件至关重要，因为它限制了自旋信息的保留时间和传输距离。

自旋调制

自旋调制是指磁化或电场调制磁性纳米结构中电子的自旋状态的过程。自旋调制可以通过各种机制实现，包括：

*磁场调制：外加磁场改变材料的磁矩，从而调制电子的自旋状态。

*电场调制：电场可以通过自旋-轨道相互作用调制电子的自旋状态。

*光学调制：光可以通过自旋选择性吸收或发射来调制电子的自旋状态。

应用

对磁性纳米结构中电子的自旋结构的理解对于开发自旋电子器件至关重要，这些器件具有低功耗、高存储密度和快速处理能力。磁性纳米结构用于以下应用中：

*自旋电子学

*磁随机存储器(MRAM)

*自旋阀传感器

*磁隧道结(MTJ)

第二部分自旋注入和自旋传输机制

关键词

关键要点

【自旋注入】

1.自旋注入指将自旋极化的电子或自旋流从一个材料（注入者）注入到另一个材料（受体）中。

2.自旋注入的效率取决于注入者和受体的界面阻抗、材料的磁化程度和注入模式。

3.自旋注入广泛用于自旋电子学设备，如自旋阀、自旋场效应晶体管和自旋发光二极管。

【自旋传输】

自旋注入和自旋传输机制

自旋注入是由磁化体与非磁性材料接触时，自旋流从磁化体流向非磁性材料的过程。自旋传输则是指自旋流在非磁性材料中的传输过程。

自旋注入

在自旋注入过程中，磁化体的自旋极化电子通过以下机制注入到非磁性材料中：

*隧穿：自旋极化的电子通过绝缘层或真空层隧穿到非磁性材料中。

*交换相互作用：在磁化体和非磁性材料的界面处，磁化体的自旋极化电子与非磁性材料中的电子发生交换相互作用，导致非磁性材料中电子的自旋极化。

自旋注入效率取决于以下因素：

*磁化体的自旋极化率

*界面处的电阻率

*绝缘层或真空层的厚度

自旋传输

自旋流在非磁性材料中的传输主要通过以下机制实现：

*漂移-扩散：自旋流中的电子在电场或浓度梯度的作用下发生漂移或扩散。

*自旋扩散：自旋流中的电子自发地扩散，从而将自旋极化从高浓度区域传输到低浓度区域。

*自旋-轨道相互作用：自旋流中的电子与非磁性材料中的离子或杂质发生自旋-轨道相互作用，从而产生额外的自旋极化。

自旋传输效率取决于以下因素：

*非磁性材料的电导率

*非磁性材料的自旋弛豫时间

*非磁性材料中的自