磁性物质中的电荷－自旋输运（ 10 学时）

磁性物质中的电荷－自旋输运（10学时） 从巨磁电阻（GMR）到自旋电子学（Spintronics）磁性物质中的电子是强关联电子

各种磁电阻效应 Hall效应E.H.Hall 1879 正常磁电阻(MR) MR>0 Lorentz 力

r r - AMR= r 铁磁金属中的Anisotropic Magneto- Resistance (AMR) Michael Thomson(1857) MR 可正,可负机制：传导电子的自旋－轨道耦合作用 3% for permalloy

三个重要发现 1，OMR 1879（19世纪) 经典电磁作用 AMR 1857 （19世纪) 自旋－轨道作用（1950s） 100多年以后, 2，GMR 1988（20世纪）自旋的运动 10年以后， 3，Spintronics 2001（21世纪）自旋的运动

产业突飞猛进的发展 半个世纪时间（1955－2005年）磁记录面密度提高了6到7个数量级硬盘面积减小3个数量级。 • 1955年 RAMAC感应式磁头 > 2Kbits/in2 • 1985年 AMR磁头硬盘出现 > 1Gbits/in2 • 1995年 GMR磁头硬盘出现 > 5Gbits/in2 • 2005年 GMR磁头硬盘 >100Gbits/in2 • 2006年 TMR磁头硬盘 >300Gbits/in2

每12至18个月存储密度翻一番 A Great Leap for IBM

另一个电荷－自旋输运问题－－－CMR效应和强关联电子反铁磁氧化物绝缘体 →掺杂→ 铁磁金属导体早期实验（1950s） Jonker 和 Van Sante发现，氧化物

高温超导体的物理机制，至今未解决？ 掺杂反铁磁氧化物得到高温超导体和CMR类似！

物理问题 巨磁电阻（GMR）效应――Mott两流体模型＃镜面反射，＃长程交换作用隧道磁电阻（TMR）效应――Julliere 公式＃MgO结晶位垒自旋电子学――Schmidt障碍；＃自旋Hall效应 CMR效应――Zener双交换模型＃强关联电子

为什么是“纳米”？ 两个特征长度：长程交换耦合 λ≦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λ，但是要远小于 L 。

用什么表征方法？ • 1A 1nm 10nm 100nm • Direct exchange length ……….━ • RKKY exchange length…………▄▄▄ • Magnetic dipolar length…………………..……━━━━ • Mean free path ……..……….……..………...▄▄▄ • Spin diffusion length………………………………...▄▄▄▄▄▄▄▄▄ • XRD………..…………………… ━━━━━━━━━ • TEM………….………………......━━━━━━━━━━━ • SEM……………………………………━━━━━━━━━ • SPM…………..……………….....━━━━━━━━━━━

结束

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