自旋电子学功能材料进展.doc

 世界科技研究与发展 WO RLD SCI2TEC H R D 第 28 卷 第 4 期 2006 年 8 月 1 - 6 页 Vol . 28 No . 4 Aug. 2006 pp . 1 - 6 自旋电子学功能材料进展 3 都有为 (南京大学固体微结构物理国家重点实验室 ,江苏省纳米技术重点实验室 ,南京 210093) 摘 要 :巨磁电阻效应的发现开拓了磁电子学的新学科 ,20 世纪 90 年代 ,磁电子学得到迅速的发展 ,并在应用上取 得显著的经济效益与巨大的社会效应 ,本世纪初 ,研究的重点已转移到半导体自旋电子学的新方向 ,并已取得重要 的进展 。本文将结合我们科研组的研究工作 ,概述从磁电子学到半导体自旋电子学材料的发展 ,重点介绍稀磁半 导体材料研究的进展 。 关键词 :磁电阻效应 自旋电子学 磁电子学 半导体自旋电子学 稀磁半导体 Progress in Functional Ma terial s f or Spintron ics 3 D U Youwei ( Natio nal L abo rato ry of Solid State Micro st ruct ures , J iangsu Provincial L ab. fo r Nanotechnology , Nanjing U niversit y ,Nanjing 21009) Abstract :A new research field of magnetoelect ro nics has been developed since t he discovery of giant magnetoresistance. Magnetoelect ro nics has developed very rapidly during t he 90?s of t he 20t h. It has got remar kable eco no mic benefit and huge society result s in applicatio ns. The semico nductor spint ro nics has beco me import new research do main and got very important p rogress in t he first decade of new cent ury. In t his paper t he develop ment of spint ro nics f ro m magnetoelec2 t ro nics to semico nductor spint ro nics has been int roduced briefly emp hasis o n t he dilute magnetic semico nductors also in2 cluded so me research wor ks in our group . Key words :magntoresistance ,spint ro nics ,magnetoelect ro nics ,semico nductor spint ro nics ,dilute magnetic semico nductors 引言 1988 年报道了在 ( Fe/ Cr) 多层膜中发现巨磁电 阻效应之后 ,引起了科学界广泛的兴趣与重视 ,迅速 地发展成为一门新兴的学科 - 磁电子学 ,磁电子学 与传统的电子学或微电子学的主要区别在于传统的 电子学是用电场控制载流子电荷的运动 ,而磁电子 学是用磁场控制载流子自旋的运动 。巨磁电阻效应 的发现为人们获得与控制极化自旋流开拓了现实的 可能性 。多层膜巨磁电阻效应是源于载流子在输运 过程中与自旋相关的散射作用 。继多层膜磁电阻效 应后 ,颗粒膜 、隧道结磁电阻效应以及锰钙钛矿化合 物的庞磁电阻效应相继被发现或取得重大进展 ,自 旋阀的多层膜结构使产生巨磁电阻效应的饱和磁场 大为降低 ,从而开拓了磁电阻器件的新纪元 ,高密度 的磁记录磁头 ,磁随机存储器 ,磁传感器 ,自旋晶体 管等相继问世 ,并已取得显著的经济效益与巨大的 社会效应 。20 世纪人类最伟大的成就是微电子工 业的崛起 ,但从物理的观点看来它仅仅是利用了电 子具有电荷这一特性 ,众所周知 ,电子不仅具有电荷 同时又具有自旋 ,以往这二个自由度分别在电子学 与磁学这 2 个领域中各显身手 ,而在磁电子学中这 2 个自由度同时在固体中被用上了 ,从物理的角度 考虑 ,增加一个自由度意味着可以增添无数新颖的 应用 ,极