磁學研究現(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 ， 也是一種獲得自旋流的方式 。 新自旋流產生方法原理 、 技術仍然是一個重要的研究課題 ? 有機半導體因為其弱自旋 軌道耦合引起人們的極大關注 ， 在這里自旋具有相當長的擴散距離 。 但是有機半導體的主要輸運方式為極化子導電 ， 具有強電 聲耦合 ， 常常產生不利影響 。 而常規(guī)稀磁半導體作為自旋載體 ， 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研究的關鍵 ? 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 。 作為新磁學的外延領域 ， 低維體系的自旋動力學問題也應該得到進一步的關注 。 磁學研究方向 ? 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 、 甚至通過自旋轉矩傳遞明顯影響系統(tǒng)的自旋結構 /序與自旋態(tài) 。 由于多場調控與磁調控原理方法上的不同 ， 影響途徑不同 ， 作用的結構層次不同 ， 突出的物理問題不同 ， 可以導致新物理原理 、新物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)以及物性調控的空間 。 磁性體系的非磁量子調控的相關問題應該是磁學研究在未來一個時期內所關注的重點 。 有關研究包含以下幾個方面： ? 自旋轉移力矩效應 。 研究表明 ， 當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致從傳導電子到薄膜磁矩的自旋角動量轉移 ,從而引起鐵磁薄膜磁矩的不平衡 ,發(fā)生轉動 、 進動甚至磁化方向翻轉 。 這一效應提供了新的磁化方向調控方式 ， 可能解決高密度磁信息存儲中的散熱及高能耗等關鍵問題；隨著信息科學和技術的發(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用需求 ， 利用自旋轉移力矩效應還可以激發(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)體系內稟磁性的影響 。 此前人們多關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) 、 對能帶結構以及電子填充情況的影響 ， 進而影響體系內稟磁性 。 以往工作多關注輸運特性的調節(jié)特征 （ 如磁電阻效應 ） ， 內稟磁性的調控可能開辟物性調控的新空間 ? 磁化過程的電場控制問題 。 典型的問題是物質多鐵性的研究 。 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 。這一效應在高密度信息存儲互 、 電磁信號處理 /屏蔽 、 電磁能量轉換等領域具有非常廣泛的應用前景 。 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 。 決定磁電關聯(lián)的物理機制以及如何獲得強電磁關聯(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 。 當磁性物質尺寸與特征尺度可以相比或更小時 ， 由于量子尺寸效應的增強 ， 可能出現(xiàn)一系列
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