自旋电子学原理

铁磁材料的原理
在非磁性材料中，自旋方向相反的电子，态密度一样，所以整 个材料显示出非磁性的特点，而铁磁材料则由于交换作用，使 得两个自旋方向上的态密度不相等，从而造成有净的磁矩产生， 使得材料显示出铁磁性。值得一提的是，自旋向上的电子能带 呈现出金属的导电特性，而自旋向下的电子能带呈现出绝缘体 的导电特性。
自旋电子学原理
自旋的引入
电子自旋实验与分析
电子自旋原理与相关的效应
我们的世界是由几个维度描述的？
爱因斯坦在相对论中提出： 我们的世界除了空间维度外，还有一个时 间维度。 早期对电子的描述只用了三个参数， n,l,m ， 那么是不是预示着我们需要第四个参量来完 整地描述出电子的状态
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假设原子的磁矩为M，则它在外磁场B 中的势能为 U M B MB cos ， θ是M与外磁场之 间的夹角，原子在Z方向上受力是：
Fz U B M z cos z z
如果原子磁矩在空间可以取任意方向的话， 那么在照片上应该能够得到一条连续的带， 但是实验结果只有两条分立的线 实验中采用了S态的氢原子，角量子数 l=0，所以原子所具有的磁矩是电子固有的 磁矩，即自旋磁矩。
自旋霍尔效应及原理
在外加电场中，材料中自旋向上的和自旋向下的电子由于各 自形成的磁场方向相反，会各自向相反的方向堆积，这就是自旋 霍尔效应的原理。 外在自旋霍尔效应，由杂质、缺陷、声子等引起。当一自旋 未极化的电流在金属中流过时，自旋-轨道相互作用对导电电子产 生非对称散射，于是具有一特定方向的电子比相反方向的电子有 较大的概率被散射到一边，而相反方向自旋方向的更容易被散射 到另外一边。 内禀自选霍尔效应源于材料的能带结构。由于自旋-轨道的相 互作用，系统的电子能量谱发生改变，原本简并的能级发生分裂， 结果使得有的自旋方向的电子能量低，反向的电子能级高，这样， 当外场引起电子流时，就可能出现自旋流动。
磁阻效应的原理
利用二自旋电流模型，可以看到a对应的是低组态，而b对应的是高阻态， 值得注意的是，电阻的大小与电流相对于磁化强度的方向无关，而与相 邻铁磁层间磁化强度的相对方向有关
STT效应的原理
STT（自旋角动量转移效应）就是磁阻效应的逆过程。当外加电流通 过钉扎层时，电流被极化为与钉扎层磁化一致的方向，变成自旋极化 电流，当极化电流通过自由曾是，与自由层的磁矩之间产生角动量转 换，使得它与自由层的磁矩之间产生一个力矩，从而迫使自由层的磁 化方向趋向与被钉扎层磁化一致。当电流方向相反时，电流首先通过 自由层，它被自由层极化成为与之一致的极化电流，这个极化电流也 会对被钉扎层产生STT效应，但是由于被钉扎的缘故，被钉扎层的磁 矩不容易改变，同时，与自由层磁化方向相反的自由电子汇被钉扎成 反射进而再次对自由层产生STT效应，最终使得自由层与被钉扎层的 磁化呈现反平行排列