自旋电子学的发展及应用

本概括性地介绍了自旋电子学的发展历程以及最新的研究进展。同时简要介绍了自旋电子学的应用实例．     

巨磁电阻引发硬盘的高速发展 ———2007年诺贝尔物理学奖简介

2007年诺贝尔物理学奖授予巨磁电阻（Giant Magnetoresistance）效应的发现者。他们是法国物理学家阿尔贝•费尔(Albert Fert)和德国物理学家彼得•格伦贝格（Peter Grünberg）。在探索基本磁性问题（人工结构中的交换作用）过程中发现了巨磁电阻现象。随后，巨磁电阻效应和金属多层薄膜被用于读取计算机硬盘数据。近十年来的开发，使得计算机硬盘的密度和容量提高了几百倍。这个发现使人们对自旋极化电子输运过程产生特别的兴趣，并导致自旋电子学（Spintronics）的创立。     

Fe/Cr和Co/Cu磁性多层膜体系界面效应对巨磁电阻的不同影响

目前有关磁性多层膜的巨磁电阻效应许多理论在处理时虽然并不尽相同,但就其物理本质和机制来说都源于自旋相关散射,这一点是大家普遍公认的.巨磁电阻的产生来自于自旋散射的不对称,也即散射势与自旋有关,然而更为重要的是依赖于自旋的散射势究竟是怎样产生的,这个问题至今尚无定论,是当前人们所关注的焦点.     

Fe/Cr和Co/Cu磁性多层膜体系界面效应对巨磁电阻的不同影响

<正>目前有关磁性多层膜的巨磁电阻效应许多理论在处理时虽然并不尽相同,但就其物理本质和机制来说都源于自旋相关散射,这一点是大家普遍公认的.巨磁电阻的产生来自于自旋散射的不对称,也即散射势与自旋有关,然而更为重要的是依赖于自旋的散射势究竟是怎样产生的,这个问题至今尚无定论,是当前人们所关注的焦点.     

磁隧道结(MTJ)

评述了近年发现的铁磁金属／绝缘体／铁磁金属隧道结中与自旋相关隧穿效应相联系的巨磁电阻效应及包括结电导、磁电阻和它们对温度和结电压的依赖性在内的理论和实验研究结果。     

超快太赫兹自旋电子学若干关键科学问题的思考

超快太赫兹自旋电子学研究的是太赫兹光子与磁振子的相互作用的科学问题，尤其是太赫兹光子与反铁磁磁振子间的相互作用的科学和技术问题。文章针对该领域的研究现状和面临的挑战，从自旋电子学太赫兹辐射源、太赫兹脉冲对反铁磁磁振子的激发及调控，以及太赫兹光子与磁振子的强耦合三个方面进行综述与思考，希望能对超快太赫兹自旋电子学的研究起到抛砖引玉的作用。     

基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动

通过电学有效驱动磁畴壁运动是自旋电子学领域的重要研究内容之一,其中零磁场下基于自旋轨道力矩效应驱动磁矩翻转是一种重要的磁畴壁运动调控方式.为了进一步实现低功耗、高速度、高效率的磁畴壁运动,本文研究了非共线自旋源所产生的区别于传统型自旋轨道力矩对磁畴的驱动行为.我们利用微磁学模拟研究了自旋流中类Rashba的S_y、类Dresselhaus的S_x和垂直于膜面的S_z三种自旋极化下自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动,阐明了对布洛赫畴壁(Bloch wall)、奈尔畴壁(Néel wall)和头对头畴壁(head-to-head wall)的驱动及畴壁性质的影响,探究了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下磁畴壁运动中倾斜角的影响.本文对于理解基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动具有一定意义,可为新型自旋电子器件的开发和应用提供物理基础.     

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     

Alq3有机发光二极管中的超小磁场效应

制备了基于Alq3的有机发光二极管,器件结构为ITO/NPB/Alq3/LiF/Al,并在不同温度测量了器件在不同偏压下传导电流与电致发光的磁场效应.在较大的磁场范围内,磁电导曲线基本服从B2/(|B|+B0)2规律.而在零场附近很小的磁场范围内,测量结果显示出奇特的超小磁场效应.考虑载流子自旋与有机分子中核自旋之间的超精细相互作用对载流子自旋的调控,可以对这种零场附近的超小磁场效应给出合理解释.     

巨磁电阻温度依赖特性的唯象分析

自从磁多层膜体系的巨磁电阻效应被发现以来,它广阔的应用前景引起了人们对此问题研究的极大兴趣,但其物理本质目前仍不太清楚.我们拟从磁电阻系数与温度的依赖关系出发,来对其机制作一些初步的探讨.由Mathiessen定则,可以将体系的总的电阻表示为下面的两项之和:R=R_0+R(T),其中R_0为剩余电阻,而R(T)表示与温度T     

磁性多层膜研究进展──各向异性磁电阻效应、巨磁电阻效应和特巨磁电阻效应

磁性和非磁性层交替重叠构建的金属磁性多层膜通常具有巨磁电阻效应、其中每层膜的厚度约纳米数量级。本文拟就讨论各向异性磁电阻效应、巨磁电阻效应和特巨磁电阻效应。由于在信息存储技术中的应用潜力，人们对巨磁电阻效应发生了浓厚的兴趣。     

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。     

稀土正铁氧体RFeO_3中的磁化开关效应

磁化开关效应(也称自旋开关效应),是指RFeO_3中稀土离子磁矩或铁离子磁矩在特定的外场和温度下发生180°翻转的现象,且由于材料体系中稀土离子的不同而呈现出多种表现形式。文章对稀土正铁氧体RFeO_3体系中的磁化开关效应进行分类讨论,并详细讨论磁化开关现象发生前后,稀土离子磁矩和铁离子磁矩两种亚晶格的磁构型,以及外磁场对磁化开关效应的调控。     

温度与触觉感受器的发现与研究进展——2021年诺贝尔生理学或医学奖解读

2021年诺贝尔生理学或医学奖授予戴维·朱利叶斯(David Jay Julius)和阿登·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)，以表彰他们在发现温度与触觉感受器方面的贡献。文章回顾了两位科学家发现温度受体TRPV1和触觉受体PIEZO的历程，并介绍了这些受体自被发现以来的研究进展以及药物研发的巨大潜力。     

P450酶活性中心催化1,2-二溴-3-氯丙烷的机理及动力学同位素效应

发展有毒物质被细胞色素P450酶催化转化途径和机理的计算毒理预测方法,对于污染物的风险评价具有重要意义.本研究通过密度泛函理论计算,揭示了细胞色素P450酶活性中心(CpdI)催化氧化1,2-二溴-3-氯丙烷(DBCP)的反应机理,并考察了动力学同位素效应的影响.结果显示,DBCP羟基化反应与烷烃羟基化反应机理存在明显差异.不同于一般的双态反应,DBCP羟基化反应是自旋选择性反应.此外,DBCP羟基化第二步反弹过程中的能垒明显的高于烷烃羟基化过程.自旋密度分析表明,DBCP羟基化反应的氢提取步骤是一个氢原子转移过程.DBCP羟基化反应具有明显的动力学同位素效应(KIE),且温度和隧道效应对KIE值具有明显的影响.本研究可为卤代烷烃类化合物的生物转化预测提供理论依据.     

抗体与抗体药物的前世今生

抗体药物是生物技术制药领域的一个重要方面。抗体具有识别抗原的特异性,因而利用抗体诊断与治疗疾病是医药研究者长期以来追求的目标。抗体的发现与应用离不开免疫学。从免疫系统入手,详细介绍了抗体物质发现的历史进程与临床应用。近年来,以细胞工程技术和基因工程技术为主体的抗体工程技术已成为生物技术制药领域的热点。抗体药物的研制与产业化正以迅速的发展势头进入新的时代。     

王莲属(Victoria)植物分类学地位的确立

王莲是世界著名的热带水生观赏植物,有"水生花王"之称,深受人们的喜爱。在相关文献记载中,其发现人和植物学命名人说法各异,拉丁名混乱不一,影响对王莲的进一步研究。通过查阅原始资料,考证了王莲属分类学地位的确立及物种命名的历史,探究了种名出现错误的原因。结果表明,王莲的属名是以维多利亚女王的名字Victoria来命名的,由John Lindley先生在1837年确立,该属有两个种,亚马逊王莲和克鲁兹王莲。亚马逊王莲的发现与命名一直颇受争议,目前,被广泛接受的种名是Victoria amazonica(Poepp.)J.C.Sowerby,该学名由皇家植物学会的秘书长James De Carle Sowerby先生于1850年确定;克鲁兹王莲的种名是Victoria cruziana A.D’Orbigny,由Alcide D'Orbigny先生1840年命名。     

深海两千五百米——加拉帕戈斯海底热液探索

30多年前(1975年),人们在位于东太平洋的加拉帕戈斯海底首次发现了正在活动的海底热液,以及与此相伴的热液生物群落。这个发现震撼了当时的科学界,对以后地学、生物学的发展起到了巨大的影响,以至在今天人们还很难断言这一发现最终的意义。在下面这些不连贯的笔记中,作者记录了在2005年随同科考船亚特兰蒂斯(RV/At-lantis)及深潜器阿尔文(Alvin)在这一海域的工作经历,以此纪念30多年前的这一科学发现。