基于自旋电子学的磁化技术

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基于自旋电子学的磁化技术

关于向调频层注入自旋的效率(自旋注入)、自旋极化电子的传播(自旋输运)、检测自旋的效率(自旋检测)以及这些过程的固有长度尺度(自旋相干长度)的一般基本问题目前正在深入的基础研究中得到解决。另一个新兴的研究领域，被称为“自旋热电子学”，专注于温度和自旋输运之间的相互作用。这将允许通过温度梯度产生自旋电流，或者使用自旋电流进行热传输。

可以用作自旋敏感逻辑器件的两种可能的逻辑元件都是三端器件，并被称为“自旋晶体管”，以强调与基于电荷的“传统”电子器件的类比。它们的工作原理如下:基极电流在发射极(E)和基极(B)之间运行。由于半导体-金属界面处形成的肖特基势垒，导致热电子注入形成基极的金属三层中。这些电子被上层调频层自旋极化。到达集热器(C)的热电子随后由下调频层进行自旋分析，因此，如果调频层的磁化结构从平行切换到反平行，集热器电流的大小就会发生显著变化。室温下电流增强已达到300%以上。在这种三端器件中集成绝缘阻挡层，使实验人员能够灵活地在不同的偏置电压下操作同一器件，从而注入不同能量的热电子。对类似结构进行优化，在室温下产生了3400%的磁阻效应。传输比，即这种器件的基极电流和集电极电流之间的比率，目前小于1(在10⁻⁶和10⁻⁴之间，因此不会获得像实际晶体管那样的放大。然而，通过磁性来编程或控制逻辑运算的想法是在开发更有效的自旋注入半导体方面，人们付出了巨大的努力。

目前出现的另一种方法是通过电场来操纵多铁性系统的磁化。多铁性材料具有耦合的电、磁和结构序参数，从而同时具有铁电性、铁磁性和铁弹性。在这种共存的情况下，磁化可以受到电场的影响，而电场的极化可以受到磁场的影响，这种特性被称为“磁电效应”。除了它的基本重要性之外，电场和磁场性质的相互控制对于磁性存储介质和自旋电子学的应用具有重要的意义，因为在纳米级器件中局部应用电场来切换磁性可以以比应用磁场低得多的功耗完成。在微观长度尺度上，铁电磁铁中耦合的电和磁有序伴随着畴和畴壁的形成，这样成像技术可以有助于对不同有序参数的互连的基本理解。

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