自旋纳米振荡器

自旋纳米振荡器是基于磁电阻效应和自旋转移力矩效应的一种新型纳米微波器件.它具有结构简单、尺寸小、频率调制范围宽、工作温度范围宽、以及工作电压低且易于集成等特点,在无线通讯、微波源和微波检测等领域具有广阔应用前景.自2003年首次在实验上实现后,实验技术迅速突破,引起了学术界和产业界的广泛关注.本文首先简要介绍自旋纳米振荡器的基本工作原理,然后结合我们的研究工作回顾近几年的实验研究进展,并讨论面临的挑战及展望可能解决的途径.     

手性钙钛矿材料的自旋电子学研究进展

研究电子的自旋性质对自旋电子器件的发展非常重要.虽然各类铁磁金属以及合金半导体材料的自旋电子学研究取得了重大进展,但是这些材料在合成时需要高温处理,应用时则需要满足晶格匹配条件并施加磁场或者极端温度.手性钙钛矿材料的特殊结构赋予了其新的自旋电子性质,且相关应用可以在室温下实现,这将其与传统的自旋电子材料区分开来.近年来,手性钙钛矿材料的自旋电子学研究取得了重要进展,非常有必要对相关研究结果进行总结.基于此,本文评述了手性钙钛矿的自旋动力学以及相关应用的最新研究进展.首先,本文简单介绍了手性钙钛矿的发展.其次,从理论上阐述了手性钙钛矿的能带结构、自旋轨道耦合及手性诱导自旋选择性效应.再次,回顾了手性钙钛矿自旋电子弛豫过程及其应用(自旋电荷输运、光伏器件、自旋发光二极管及圆偏光探测等)的研究进展.最后,对手性钙钛矿材料在自旋电子学领域的应用前景以及面临的挑战进行了总结和展望.     

自旋电磁场和偶极子: 一种局域化和量子化的场

自旋电磁场是一种与传统电磁场形式不同的电磁场模式, 具有波粒二象性. 自旋电磁场 是自旋方程在自由空间的本征模式解, 而自旋方程可以通过麦克斯韦方程得到. 本文把具有分 布特性的源函数作为自旋模式的一个组成部分, 从而由自旋方程导出齐次的本征方程. 自旋电 磁场有两个基本特性: 绕轴自转和存在于有限空间内. 本文详细讨论了所得到的本征电模和磁 模的源和电磁场结构. 从源的层面上, 我们可以通过积分得到自旋模的电和磁偶极矩. 自旋电 磁场的分布电荷与电流源可以看成是电和磁偶极子的电磁结构. 自旋模的电磁场结构同时具 有波和粒子的基本特征量, 包括用传播常数、角频率或特征转速表示的波动参量, 以及用本征 半径、能量和角动量表示的量子性参量. 前者体现了电磁谐振模的特点, 而后者体现了自旋粒 子的力学特性. 自旋电模有两种不同的电磁场结构, 除了用电荷对描述外, 论文导出了它的磁 流源表示. 这两种模式有相同的电偶极矩, 但由于它们的源不同, 分别具有有散和无散的特性.     

Cr73.7(Fe0.83Mn0.17)26.3合金磁性的研究

当Fe浓度在18≤x≤25范围内时,Cr_(100)-x_Fe_x合金从顺磁经铁磁态重入自旋玻璃态.重入自旋玻璃态的机制目前主要用以下两种非常不同的物理图象来描述.一种用Hecssen- berg自旋玻璃的平均场理论得出:系统在T_c下产生了共线的铁磁相.但在温度T_(xy)下,每个自旋的横向(xy)分量随机地冻结在xy平面上.这样一个系统可以看作在z方向纵向的铁磁性,而在xy平面上是自旋玻璃态.另一种图象是,有限、无限大团簇在渗透浓度上共存.铁磁相自然是由无限大团簇产生的.但由于有限大团簇的存在,这些有限大团簇在一定温度下可以与无限大团簇成反铁磁耦合,从而破坏了无限大团簇,导致了自旋玻璃态的产生.由于Cr-Fe合金中反铁磁交换相互作用较弱,实验中在18(?)x浓度范围内未能观察到反铁磁耦合的存在.在Cr-Fe合金中加入少量的金属Mn可以大大提高合金的Nair温度.在Cr-Fe-Mn合金为研究系统中铁磁、反铁磁交换相互作用的竞争,进而弄清该合金重入自旋玻璃态的机制提供了可能性.本实验利用M(?)ssbauer谱,磁测量等手段对Cr_(73.5)(Fr_(0.83)Mn_(0.17))_(26.3)合金的磁性进行了研究.     

自旋-轨道耦合对碳纳米管量子点Kondo效应的影响

中国科学院近代物理研究所房铁峰和左维与兰州大学罗洪刚合作,研究了自旋-轨道耦合作用对Kondo效应的影响.他们发现,自旋-轨道耦合作用可使量子点中单个电子的简并度大大升高,破坏了其SU(4)对称性,使Kondo效应的零场共振峰发生分裂.在外加磁场条件下,     

奇宇称晶场和自旋-轨道耦合对钡铁氧体中Ni2+离子磁光效应的影响

用量子理论定量计算了进入２ｂ座的Ｎｉ＾２＋离子ｄ－ｄ跃迁造成的磁光偏转值,结果表明掺Ｎｉ钡铁氧体的磁光偏转主要不是ｄ－ｄ跃迁造成的,计算了Ｆａｒａｄａｙ旋转与基组态及激发组态自旋－轨道耦合强度的关系,其结果是基组态的自旋－轨道耦合对其磁光偏转起决定作用,用激发组态的影响不大,且磁光偏转与基组态自放心－轨道耦合强度不成正比。     

氮氧自由基-金属配合物磁偶合体系的研究进展

1952年确立的Bleaney-Bowers方程是自旋偶合研究史上的第一个里程碑,它标志着人们对物质磁性的认识已深入到亚分子水平,对电和磁的微观统一性的本质有了更明晰的了解。经过几十年的发展,自旋偶合体系作为化学、物理、生命科学和材料科学的交汇点,业已成为一门极富生命力的边缘学科。其理论模型也由早期直观的AGK超交换理论,发展成为用近似分子轨道处理的从正交磁轨道出发的Hoffman模型和以非正交磁轨道重迭为特征的Kahn模型。     

非厄密高自旋系统的演化和复Aharonov-Anandan相因子

量子绝热演化过程的Berry相因子和它的非绝热推广Aharonov-Anandan相因子(简称AA相因子)近年来引起了人们的广泛注意.它们不仅被用来研究各种重要的物理问题,而且接连在许多实验中得到证实.最近,人们开始从自旋1/2的非厄密系统入手,研究此类系     

CeF_3中Ce~(3+)离子自旋-轨道耦合对磁光效应的影响

自旋-轨道耦合对磁光效应的作用目前还不太清楚,这方面的研究还很少见。通常认为自旋-轨道耦合对磁光效应是个非常重要的因素,Liu,Zuo和Le指出铁磁材料的磁光效应主要起源于自旋-轨道耦合对激发态的劈裂。然而,理论研究表明,铁磁材料Ce:YIG中Ce~(3+)离     

原儿茶酚3,4-双加氧酶复合物中自旋-轨道耦合与零场分裂的计算

采用密度泛函理论(DFT)探讨了高自旋原儿茶酚3,4-双加氧酶(3,4-PCD)活化底物儿茶酚(PCA)复合物的磁性电子结构特征及电子轨道起源.计算的g-张量表明,从配体到金属电荷转移(LMCT)主要来自于配体PCA和Tyr408的型轨道转移电子到Fed轨道,导致沿x轴方向极化(PCA)或沿y轴方向极化(Tyr408).x和y轴方向的极化要求沿z轴方向,Lz(z=z′),产生较大的自旋轨道耦合(SOC)矩阵元,并且因单中心重原子效应Fe导致gz′=2.0158,即在z方向较大地偏离于ge=2.0023.由于△S=-1自旋翻转激发态混入六重基态,得到较大的零场分裂参数D=+1.147cm-1.SOC计算表明高自旋(S=5/2)基态3,4-PCD-PCA是弱的自旋翻转复合物(SOC=31.56cm-1).     

La1-xTexMnO3(x=0.04,0.1)的庞磁电阻效应及自旋玻璃态特性

制备出用氧族非金属元素Te替换部分镧所生成的锰氧化物新材料:La1-xTexMnO3(x=0.04,0.1).研究表明该材料具有空间群R-3C结构,Te为正四价态.电阻率-温度关系给出其存在金属-半导体转变特性,具有庞磁电阻效应(CMR),x=0.1成分的磁电阻变化率在4 T作用下为51％.此外,还观察到该材料在低温下的自旋玻璃态行为.     

封面说明

<正>在半导体中注入自旋形成兼具电荷属性和自旋特性的稀磁半导体可以制成自旋阀、自旋二极管、高密度非易失性存储器以及磁感应器等新型的功能器件,具有诱人的应用前景.但是向传统的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中掺杂存在两点不足.首先,传统的稀磁半导体在引入自旋的同时也引入了载流子,这种自旋和电荷的捆绑效应严重制约了电性和磁性的调控维度.其次,基于掺杂中的不等价代     

有机自旋电子学的应用研究进展

自从2004年第一个有机自旋阀器件报道以来, 有机自旋半导体器件的研究引起了广泛的关注, 并取得了很大的进展. 本文阐述了与有机自旋电子学相关的一些概念、原理, 并重点介绍了有机自旋电子学的三个重要的应用研究方向: 有机自旋阀器件、自旋注入有机电致发光器件和有机磁阻器件的实验结果以及目前的理论解释.     

QCD反常与质子组分的自旋密度

由极化质子的夸克和胶子自旋差分布的Altarelli-Parisi方程可知,在领头项近似下胶子分布的一次矩△G(x)与In(Q~2丨∧~2)成正比,质子的自旋结构函数于是应表示为     

铁基超导体中自旋向列相的中子散射研究取得重要进展

<正>最近,中国科学院物理研究所超导国家重点实验室的戴鹏程研究团队采用非弹性中子散射的实验方法研究了单轴压力退孪晶的BaFe2-xNixAs2样品中的自旋激发在Q=(1,0,1)和(0,1,1)处的分布随温度和Ni掺杂量的演化,在国际上首先从自旋/磁涨落上观察到了这种电子向列相的存在,并研究了自旋向列涨落在相图中存在的范围.发现自旋向列关联(定义为I(1,0,1)I(0,1,1),I表示强度)与电阻各向异性具有相似的起始温度,两者在相图中存在的范围也非常相似,并均在最佳掺杂点附近消失(图1),表明两者有直接的关联.该研究首次从自旋角度证实了电子向列相的存在,并为其微观物理起源解释提供了重要实验依据,对理解高温超导体中向列相乃至赝能隙的形成有重要参考意义.该项研究工作于2014年7月在Science杂志上发表.     

改进电子气法校正电子相关能中的梯度修正和自旋平行相关问题

文献[1]中,在局域密度泛函近似(LDA)的基础上,通过自相关校正(SIC)和自旋平行相关扣除(SPCC),我们提出了估算多电子体系电子相关能的改进电子气方案(MEGA),对大多数中性原子、分子体系给出了相当准确的电子相关能,相对误差分别在5%,10%以内.但尚有一些不足之处.由于视Hartree-Fock(HF)极限能量包含全部自旋平行电子间的相关能,MEGA过多地进行了自旋平行相关扣除;同时因没有考虑实际体系电子密度的“非均匀性”造成的梯度效应,LDA(即零级梯度近似)又高估了相关能.对大多数中性原子和分子,正负     

基于新型磁子结YIG/NiO/YIG的磁子阀效应

<正>利用自旋波或者磁子进行信息传输、处理和存储的磁子型器件,有望构成继基于电荷的第一大类半导体/微电子器件和基于电子自旋的第二大类自旋电子器件之后的第三大类固态微电子器件,能为未来信息科学和技术的可持续发展提供更广阔的拓展空间.从物理角度来讲,除了电子,其他粒子或者准粒子(如中子、磁子等)也可以携带自旋角动量信息,能成为自旋信息的潜在载体.特别是磁子(磁激子),它携带1个?的自旋,可通过铁磁、亚铁磁或反铁磁绝缘体中自旋晶格的元激发而产生;并且磁子是电中性的,它可以用作理想的信     

La0.3Ca0.7Mn1-xWxO3体系的电荷序和自旋序

通过对样品La_0.3Ca_0.7Mn_1-xW_xO₃(x= 0.00, 0.04, 0.08, 0.12, 0.15)的M-T曲线、M-H曲线及ESR谱的测量, 研究了Mn位W掺杂对La_0.3Ca_0.7MnO₃体系电荷序和自旋序的影响. 结果表明: 当0.00≤x≤0.08时, 体系出现电荷有序(CO)相, 体系自旋序随着温度的降低发生顺磁(PM)-电荷有序(CO)-反铁磁(AFM)变化; 当x≥0.12时, CO相融化, 并有部分CO相残留在PM背景中, 体系自旋序主要是顺磁(PM), 在低温下出现铁磁(FM)团簇.     

基于分子自旋阀的自旋电子学

分子半导体材料因具有很长的自旋弛豫时间,被认为在自旋电子学领域存在巨大的应用潜力.在基于分子半导体材料开展的自旋电子学研究被首次报道后的十余年里,以分子自旋阀为载体的自旋电子学研究取得了巨大发展并引起了广泛关注.本文将围绕分子自旋阀中的自旋注入、界面效应和输运等关键研究方向,综述近年来该研究领域的重要研究成果,具体包括:分子自旋阀制备工艺改善、结构优化对自旋注入效率的提升,自旋界面效应对优化注入和调控信号等方面的最新进展;以及分子半导体中自旋输运距离优化和输运机制研究结果.最后,基于分子自旋阀中的注入、界面效应和输运的研究基础,展望分子自旋阀多功能化这一新兴研究方向的发展前景.以上进展对未来自旋电子学和分子电子学领域进一步交叉研究的开展具有借鉴价值.     

有机自旋阀研究进展*

巨磁阻效应的发现为人类开辟了一个新领域--自旋电子学,它涉及物理、材料、化学以及电子工程学等多个学科,必将成为21世纪基础研究的主角之一。有机自旋阀作为自旋电子学中的一个重要分支,相对于传统无机自旋阀有着不可比拟的优势。作者简要分析了有机自旋阀的研究背景以及近十年来的研究进展,并提出当前面临的问题和对未来的展望。