自旋输运和巨磁电阻——自旋电子学的物理基础之一

介绍磁性纳米结构和锰氧化物中电子的自旋极化输运和巨磁电阻效应,它们是新近发展的自旋电子学的物理基础之一.着重讨论的是以下三方面的基本物理图像：磁多层结构的巨磁电阻,铁磁隧道结的隧穿磁电阻,掺杂锰氧化物的庞磁电阻效应.     

第五讲 自旋极化输运及隧道巨磁电阻效应

简要回顾了利用量子隧道效应测定铁磁金属传导电子自旋极化率的研究历史，综述了自旋极化电子隧穿产应导致的“铁磁金属／非磁绝缘体／铁磁金属”三层平面型隧道结中的巨磁电阻效应以及“铁磁金属／非磁绝缘体”颗粒膜系统中的隧穿类型巨磁电阻效应的研究进展。     

磁电子学讲座 第五讲 自旋极化输运及隧道巨磁电阻效应

简要回顾了利用量子隧道效应测定铁磁金属传导电子自旋极化率的研究历史．综述了自旋极化电子隧穿效应导致的“铁磁金属／非磁绝缘体／铁磁金属”三层平面型隧道结（简称ＦＭ／Ｉ／ＦＭ隧道结）中的巨磁电阻效应以及“铁磁金属／非磁绝缘体”颗粒膜系统中的隧穿类型巨磁电阻效应的研究进展．     

稀土掺杂锰氧化物庞磁电阻效应

过去十多年来，具有庞磁电阻效应的稀土掺杂锰氧化物成为了凝聚态物理研究的重要领域。锰氧化物的载流子自旋极化率高，且在居里温度附近表现出很大的磁电阻效应，因此在自旋电子学中有潜在的应用前景。另一方面，锰氧化物是典型的强关联电子体系，它对目前有关强关联体系的认识提出了很大挑战。本文综述了锰氧化物的各种性质及其物理原因。全文首先概述了锰氧化物的庞磁电阻效应及其晶格和电子结构，简单介绍了其他一些庞磁电阻材料；随后综述了锰氧化物的电荷／轨道有序相及其输运性质；在第四部分简单介绍了锰氧化物中庞磁电阻效应的机制；最后讨论了锰氧化物的一些可能的应用，如低场磁电阻效应、磁隧道结、磁p-n结以及全钙钛矿的场效应管和自旋极化电子注入装置等。     

对称抛物势阱磁性隧道结中的自旋输运及磁电阻效应

研究了两端具有铁磁接触的对称抛物势阱磁性隧道结(F/SPW/F)中自旋相关的隧穿概率和隧穿磁电阻,讨论了量子尺寸效应和Rashba 自旋轨道耦合作用对自旋极化输运特性的影响.研究结果表明:隧穿概率和隧穿磁电阻随抛物势阱宽度的增加发生周期性的振荡.抛物势阱深度的增加减小了隧穿概率和隧穿磁电阻的振荡频率.Rashba 自旋轨道耦合强度的增加加大了隧穿概率和隧穿磁电阻的振荡频率.隧穿概率和隧穿磁电阻的振幅和峰谷比强烈依赖于两铁磁电极中磁化方向的夹角. 关键词： 磁性隧道结 Rashba 自旋轨道耦合 隧穿概率 隧穿磁电阻     

多晶钙钛矿锰氧化物中的巨磁电阻与磁场关系

本论文研究了多晶锰氧化物磁电阻和磁场的关系,在低温和低场下,磁性纳米团簇的磁矩转动和晶粒边界的自旋二级隧穿对磁电阻起主要作用因高于Tc时,由弱化强度随温度关系的实验结果指出顺磁态中已出现铁磁团簇,因此它类似于磁性颗粒膜中的巨磁电阻（CMR）机制;在顺磁－铁磁相变区,既有颗粒贡献又有界面的隧道贡献,这一理论模型与多晶La0.825Sr0.175MnO3中的实验结果很好地吻合。     

具有室温巨隧道磁电阻效应与高自旋极化率的新材料

回顾了隧道磁电阻效应发展简史及其应用，报道了锌铁氧体／氧化铁二相纳米复合材料在室温具有巨磁隧道电阻效应的实验结果，该实验结果表明锌铁氧体是具有高自旋极化率的一类新材料，值得进一步开展相关的研究工作。     

稀土锰氧化物的低场磁电阻效应

具有庞磁电阻效应的掺杂稀土锰氧化物因为其高的自旋极化率和自旋极化输运行为而表现出显著的低场磁电阻效应。这一效应在氧化物自旋电子学中有着深远的潜在应用前景。本文综述了国内外近年来在锰氧化物低场磁电阻增强这一研究领域的进展和存在的一些问题。全文分三个部分，首先概述了基于自旋极化散射和自旋极化隧穿两种输运机制的磁电阻理论；然后重点介绍掺杂稀土锰氧化物低场磁电阻增强的主要研究进展，这些进展背后的基本物理图象是通过人为引入自旋无序介质形成自旋极化散射和自旋极化隧穿，从而增强其低场磁电阻；第三部分讨论了基于掺杂稀土锰氧化物的磁性隧道结制备和输运性质。本文最后提出了锰氧化物低场磁电阻增强研究应该关注的一些物理问题。     

巨磁电阻传感器在物理实验中的应用

将AA002巨磁电阻器件和小磁钢组合成巨磁电阻位置传感器,用于测量物体的悬置位置和液面高度,并应用于大学物理实验中,测量钢片的杨氏模量和小钢珠的体积.实验结果表明,所设计的巨磁电阻位置传感器,使用方法简便,灵敏度高,分辨率高,测量精度高,实用性强,成本低,适合在大学物理设计性实验中推广应用.     

巨磁电阻效应及应用设计性物理实验的研究

测量巨磁电阻阻值与磁感应强度的关系,研究巨磁电阻效应特性,介绍巨磁电阻效应的物理原理、实验方法及应用,该近代物理学的研究成果,可作为大学物理实验教学内容.     

自旋阀与多层膜巨磁电阻的特性测量及比较

介绍磁性多层膜中自旋极化输运和巨磁电阻效应,简述自旋阀巨磁电阻与多层膜巨磁电阻在材料组成结构和工作原理方面的区别,利用和改造现有的高校物理实验室中的实验仪器并设计简易的实验电路测量这两种类型的巨磁电阻的磁敏特性,并根据实验测量的结果将这两种传感器在其灵敏度和测量范围上进行比较和研究.     

Spin-polarized transport in carbon nanotubes

We present transport measurements of ferromagnetically contacted carbon nanotubes. In both single- and multi-walled nanotube devices, a spin valve effect is observed due to spin-polarized transport. In one single-walled nanotube device, the spin-valve effect is suppressed as the influence of Coulomb charging is observed at around 10 K. To help understand the interplay between the Coulomb charging and the spin-polarized transport we investigated the temperature dependence of the carbon nanotube magnetoresistance.     

含有磁性杂质双AB环的自旋极化输运

我们研究了由电子通过含有磁性杂质双AB环结构的透射系数来表示的AB干涉振荡。在这里磁性杂质提供了自旋翻转机制。磁性杂质可以导致AB干涉的部分退相干。而且我们发现在磁通反向的情况下自旋向上和向下的透射系数关于磁通是不对称的，但反射系数和总的透射系数关于磁通却是对称的     

量子点双链中电子自旋极化输运性质

利用非平衡格林函数方法, 研究了与单个量子点耦合的量子点双链中电子自旋极化输运性质. 由于系统中Rashba自旋轨道耦合产生的自旋相关的相位, 电子通过上下两种路径时, 自旋不同的电子干涉情况不同, 从而导致了电极中的自旋极化流. 左右两电极间的偏压使单个量子点中的自旋积聚在很大能量区域内能够保持较大的值. 由于系统结构的左右不对称, 正负偏压下自旋积聚情况完全不同. 这些计算结果将有助于实验上设计新型的自旋电子学器件.     

Theory of Electron Transport in FeRh-Based Natural Magnetic Multilayers

The electronic structure and the residual resistivity of random FeRh-based alloys in the CsCl structure are calculated from first principles. The calculations are performed for different spin structures using the tight-binding linear muffin-tin orbital method in the atomic sphere approximation. The effect of late transition-metal impurities (Pd, Rh) is taken into account by means of the coherent potential approximation generalized to inhomogeneous systems. It is shown that impurity scattering leads to giant magnetoresistance effects in qualitative agreement with experiment.     

自旋电子学研究与进展

自旋电子学是最近几年在凝聚态物理中发展起来的新学科分支,它研究在固体中自旋自由度的有效控制和操纵,在金属和半导体中自旋极化、自旋动力学、自旋极化的输运和自旋电子检测.由于它在信息存储方面的重大应用前景,受到学术界和工业界的高度重视.文章扼要地介绍了自旋电子学发展的历程和发展中的最重要的发现.最近几年,最奇特的发现和最重要的应用莫过于巨磁电阻,薄膜领域纳米技术的迅速发展使巨磁电阻的应用变成可能.作为磁记录头它已使硬磁盘的记录密度提高到170Gbit/in2.动态随机存储器MRAM的研究已实现16Mbit的存储密度.     

含stubs量子波导系统的电子自旋极化输运性质

理论上研究了含stubs的Rashba自旋轨道耦合（spin-orbit coupling, SOC）量子波导系统的自旋极化输运性质. 利用晶格格林函数方法,发现由于stubs和SOC产生的势阱使系统中出现束缚态,这些束缚态与传播态之间相互干涉导致电导中出现Fano共振结构,同时在对应的自旋极化率中也出现Fano共振或反共振结构. 此外,由于系统结构的突变使电子被反向散射和量子干涉效应,电导中出现一系列的共振峰. 但是,当系统加上外磁场后,所有这些效应都被抑制, 系统重新出现量子化电导, 同时自旋电导也出 关键词： 量子波导 自旋极化输运 自旋轨道耦合     

磁性半导体/磁性d波超导结中的自旋极化输运

通过求解磁性d波超导中的能隙与磁交换能的自恰方程,利用推广的Blonder-Tinkham-Klapwijk 理论研究磁性半导体/磁性d波超导结中自旋极化准粒子输运系数与微分电导. 计算表明： 1) 磁性d波超导结中的磁交换能h₀可导致零偏压电导峰与能隙电导峰劈裂,劈裂的宽度为2h₀;2) 磁性半导体中的磁交换能h_FS可使零偏压电导峰劈裂的峰值变低. 而由能隙电导峰劈裂的两个子峰,当两种磁性材料的磁 关键词： 磁性半导体 磁性d波超导体 自旋极化输运     

Spin-valley-dependent transport and giant tunneling magnetoresistance in silicene with periodic electromagnetic modulations

The transport property of electrons tunneling through arrays of magnetic and electric barriers is studied in silicene.In the tunneling transmission spectrum, the spin-valley-dependent filtered states can be achieved in an incident energy range which can be controlled by the electric gate voltage. For the parallel magnetization configuration, the transmission is asymmetric with respect to the incident angle θ, and electrons with a very large negative incident angle can always transmit in propagating modes for one of the spin-valley filtered states under a certain electromagnetic condition. But for the antiparallel configuration, the transmission is symmetric about θ and there is no such transmission channel. The difference of the transmission between the two configurations leads to a giant tunneling magnetoresistance(TMR) effect.The TMR can reach to 100% in a certain Fermi energy interval around the electrostatic potential. This energy interval can be adjusted significantly by the magnetic field and/or electric gate voltage. The results obtained may be useful for future valleytronic and spintronic applications, as well as magnetoresistance device based on silicene.