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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 Fe4N149

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