磁學(xué)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(編輯修改稿)
2025-04-14 19:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 采用電場控制不同自旋取向載流子的分布 ，即自旋霍爾效應(yīng) ， 也是一種獲得自旋流的方式 。 新自旋流產(chǎn)生方法原理 、 技術(shù)仍然是一個重要的研究課題 ? 有機半導(dǎo)體因為其弱自旋 軌道耦合引起人們的極大關(guān)注 ， 在這里自旋具有相當(dāng)長的擴散距離 。 但是有機半導(dǎo)體的主要輸運方式為極化子導(dǎo)電 ， 具有強電 聲耦合 ， 常常產(chǎn)生不利影響 。 而常規(guī)稀磁半導(dǎo)體作為自旋載體 ， 居里溫度常常過低 。 由此可見 ， 新自旋流載體探索是未來一個時期磁電子學(xué)研究的關(guān)鍵 ? 由于量子點的零維特性 ,電子的軌道態(tài)是量子化的 ,電子自旋態(tài)由于自旋翻轉(zhuǎn)機制的有效抑制而變得十分穩(wěn)定 ， 被認為是量子比特的最佳選擇 。 作為新磁學(xué)的外延領(lǐng)域 ， 低維體系的自旋動力學(xué)問題也應(yīng)該得到進一步的關(guān)注 。 磁學(xué)研究方向 ? 時間分辨 ? 空間分辨 ? 自旋 Hall ? 自旋熱電 ? 自旋注入 ? 新方法 由于自旋 軌道耦合 、 自旋 電荷耦合 、 自旋 晶格耦合的存在 ， 各種形式的外部 /內(nèi)部擾動通過對軌道的影響 、 對電荷序的影響 、 甚至通過自旋轉(zhuǎn)矩傳遞明顯影響系統(tǒng)的自旋結(jié)構(gòu) /序與自旋態(tài) 。 由于多場調(diào)控與磁調(diào)控原理方法上的不同 ， 影響途徑不同 ， 作用的結(jié)構(gòu)層次不同 ， 突出的物理問題不同 ， 可以導(dǎo)致新物理原理 、新物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)以及物性調(diào)控的空間 。 磁性體系的非磁量子調(diào)控的相關(guān)問題應(yīng)該是磁學(xué)研究在未來一個時期內(nèi)所關(guān)注的重點 。 有關(guān)研究包含以下幾個方面： ? 自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng) 。 研究表明 ， 當(dāng)自旋極化電流流過納米尺寸的鐵磁薄膜時 ,極化電流與薄膜的散射會導(dǎo)致從傳導(dǎo)電子到薄膜磁矩的自旋角動量轉(zhuǎn)移 ,從而引起鐵磁薄膜磁矩的不平衡 ,發(fā)生轉(zhuǎn)動 、 進動甚至磁化方向翻轉(zhuǎn) 。 這一效應(yīng)提供了新的磁化方向調(diào)控方式 ， 可能解決高密度磁信息存儲中的散熱及高能耗等關(guān)鍵問題；隨著信息科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展 ， 將出現(xiàn)對自旋納米振蕩器和自旋微波探測器的重大應(yīng)用需求 ， 利用自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)還可以激發(fā)微波振蕩以及自旋波 ， 是極有潛力的研究方向 ? 外部擾動對固態(tài)體系內(nèi)稟磁性的影響 。 此前人們多關(guān)注磁性體系磁化取向在外界擾動如磁場 、 電場及光輻照下的變化 ， 很少涉及體系內(nèi)稟磁性 。實際上 ， 外部擾動可以通過對載流子濃度和運動狀態(tài) 、 對能帶結(jié)構(gòu)以及電子填充情況的影響 ， 進而影響體系內(nèi)稟磁性 。 以往工作多關(guān)注輸運特性的調(diào)節(jié)特征 （ 如磁電阻效應(yīng) ） ， 內(nèi)稟磁性的調(diào)控可能開辟物性調(diào)控的新空間 ? 磁化過程的電場控制問題 。 典型的問題是物質(zhì)多鐵性的研究 。 多鐵性是指在一種材料中存在鐵磁 /反鐵磁序和鐵電序 。 利用電場對電極化形態(tài)的影響以及鐵序和電序間的強烈關(guān)聯(lián) ， 可能實現(xiàn)電場對于體系磁化形態(tài)的控制 。這一效應(yīng)在高密度信息存儲互 、 電磁信號處理 /屏蔽 、 電磁能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景 。 眾所周知 ， 由于對對稱性的不同要求 ， 鐵電與鐵磁序無法共存 。 但是 ， 研究表明通過對電荷 、 軌道序等的調(diào)節(jié)可實現(xiàn)螺旋磁序與鐵電序的共存 ， 從而向磁 、 電互控的目標邁進了一大步 。 決定磁電關(guān)聯(lián)的物理機制以及如何獲得強電磁關(guān)聯(lián)是亟待進一步研究的問題 。 典型的 物理特征長度如交換長度 、 自旋擴散長度 以及電子平均自由程在 10103納米尺度范圍內(nèi) 。 當(dāng)磁性物質(zhì)尺寸與特征尺度可以相比或更小時 ， 由于量子尺寸效應(yīng)的增強 ， 可能出現(xiàn)一系列
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