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第1章 引言 1

1.1电子的发现和发展简况 1

1.1.1电子的发现和发展 1

1.1.2电子学器件的发展 2

1.2电子的自旋属性 4

1.3自旋电子学的发展概况 6

第2章 磁电阻效应 8

2.1磁电阻效应的发展过程 8

2.2各向异性磁电阻 9

2.2.1各向异性磁电阻概述 9

2.2.2各向异性磁电阻理论 14

2.2.3各向异性磁电阻实验研究 21

2.3巨磁电阻效应 23

2.3.1多层膜结构 24

2.3.2自旋阀结构 27

2.3.3磁性金属和非磁性金属颗粒膜结构 30

2.4隧道型磁电阻效应 32

2.4.1磁性隧道结 32

2.4.2铁磁性金属-绝缘体颗粒膜 35

2.4.3多晶磁性材料中的隧道型磁电阻效应 39

2.4.4隧道型磁电阻的相关理论 41

2.5庞磁电阻效应 51

2.5.1钙钛矿锰基氧化物的庞磁电阻效应 51

2.5.2钙钛矿锰基氧化物中的相互作用 55

2.5.3钙钛矿锰基氧化物中的低场磁电阻效应 58

2.5.4钙钛矿锰基氧化物中的电荷有序现象 60

2.5.5钙钛矿锰基氧化物中的相分离现象 64

2.5.6钙钛矿锰基氧化物中的磁熵变现象 65

2.6几种其他磁电阻效应 67

2.6.1弹道磁电阻效应 67

2.6.2磁性金属-碳基材料中的磁电阻效应 68

2.6.3磁性金属-氧化物宽带半导体复合薄膜中的磁电阻效应 70

2.6.4非磁性半导体中的磁电阻效应 70

2.6.5石墨烯中的磁电阻效应 71

第3章 电子自旋注入 75

3.1电子自旋极化简介 75

3.2电子自旋注入的相关理论 76

3.2.1 F/N结 76

3.2.2 F/N/F结 80

3.2.3空间电荷区域的自旋注入 81

3.3电子自旋注入的实验现象 82

3.3.1 Johnson-Silsbee自旋注入 82

3.3.2自旋注入金属 84

3.3.3自旋注入半导体 85

3.3.4金属铁磁体-半导体异质结 87

3.4自旋弛豫 88

3.4.1自旋弛豫简介 88

3.4.2自旋弛豫机制 91

3.4.3金属中的自旋弛豫 102

3.4.4半导体中的自旋弛豫 104

3.5自旋极化输运 111

3.5.1 F/I/S隧穿 111

3.5.2 F/I/F隧穿 113

3.5.3 Andreev反射 115

3.5.4自旋极化飘移和扩散 117

第4章 半金属材料 121

4.1半金属铁磁体简介 121

4.2 Heusler合金和闪锌矿结构化合物 122

4.2.1 Heusler-Clb合金 123

4.2.2闪锌矿结构半金属 130

4.2.3 Heusler-L21合金 131

4.3少数自旋带隙的强磁性半金属 133

4.3.1二氧化铬（CrO2） 133

4.3.2 CMR材料 136

4.4多数自旋带隙的弱磁性半金属 137

4.4.1双钙钛矿结构 137

4.4.2四氧化三铁（Fe3O4） 138

4.5多数自旋带隙的强磁性半金属 147

4.6硫化物 147

4.6.1硫铁矿 148

4.6.2尖晶石 148

4.7其他半金属材料 148

4.7.1钌的氧化物 148

4.7.2有机物半金属 149

4.7.3 Fe4N 149

4.7.4石墨烯 154

第5章 稀磁半导体 160

5.1稀磁半导体材料简介 160

5.2Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体材料 162

5.2.1Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体材料简介 162

5.2.2Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体材料的晶体结构 163

5.2.3Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体材料的电特性 166

5.2.4Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体材料的磁性质 170

5.3Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体材料 177

5.3.1Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体材料简介 177

5.3.2Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体的输运特性 179

5.3.3Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体的光学性质 187

5.4氧化物宽带稀磁半导体材料 193

5.4.1氧化物宽带稀磁半导体材料简介 193

5.4.2 ZnO基宽带稀磁半导体（Zn1-xMxO（M=Co，Mn，V，Fe…）） 194

5.4.3 TiO2基宽带稀磁半导体 198

5.4.4其他基体宽带稀磁半导体 202

第6章 自旋矩 207

6.1自旋矩简介 207

6.2铁磁性基础 210

6.2.1铁磁性的产生 210

6.2.2铁磁材料模型 210

6.2.3微磁学 211

6.2.4磁畴 212

6.2.5没有自旋矩时的磁动力学 213

6.3自旋流、自旋矩和磁动力学 214

6.3.1自旋流密度的定义 214

6.3.2 1号玩具模型 215

6.3.3 2号玩具模型 216

6.3.4自旋矩以及朗道-利弗席兹-吉尔伯特方程 218

6.3.5求磁化强度运动方程更严格的方法 219

6.4多层膜和隧道结 221

6.4.1器件构型 221

6.4.2计算自旋矩的方法 222

6.4.3自旋矩驱动的磁性动力学 223

6.4.4磁动力的测量 227

6.4.5非零温度效应 227

6.4.6关于自旋矩适量的垂直分量 228

6.4.7理论与实验的比较 230

6.5纳米线中的畴壁 231

第7章 有机自旋电子学 234

7.1有机自旋电子学简介 234

7.2有机物中的自旋弛豫 234

7.3有机物中自旋弛豫时间和长度的测量 236

7.3.1自旋阀 236

7.3.2μ子自旋转动（μSR） 239

7.4有机物中的自旋注入和传输 240

7.4.1自旋阀 240

7.4.2 Meservey-Tedrow自旋极化隧穿 246

7.4.3双光子发射谱 247

7.5有机物磁性半导体 248

7.6有机半导体中的磁电阻现象 250

7.6.1不同的电极材料 250

7.6.2不同的有机层厚度 251

7.6.3温度依赖关系 251

7.7展望 252

7.7.1非易失性记忆和磁场探测器 252

7.7.2自旋基经典和量子计算 252

7.7.3自旋基有机发光二极管 252

第8章 自旋电子学器件原理简介 256

8.1自旋电子学器件简介 256

8.2自旋过滤 259

8.3自旋二极管 260

8.4自旋晶体管 262

8.4.1自旋场效应晶体管 263

8.4.2磁双极晶体管 264

8.4.3热电子自旋晶体管 265

8.5半导体纳米结构中的自旋量子比特 267