磁性物質中的電荷－自旋輸運各種磁電阻效應*巨磁電阻（GMR）效應――Mott兩流體模型*隧道磁電阻（TMR）效應――Julliere

公式*自旋電子學――Schmidt障礙*

CMR效應――Zener雙交換模型1極地光2磁場中的電子（Lorentz力）極地光

托克馬克磁控濺射電子顯微鏡電子的自旋正常磁電阻3鐵磁金屬能帶鎳的電子狀態密度DOSdiligent

electronslazy

electrons4能帶的交換劈裂導致物性的自旋極化電子的兩個自旋子帶，狀態密度（DOS）不等1，自發磁矩來源于整體（lazy

electrons）2，電流極化來源于Fermi面附近（

diligentelectrons）56Mott

二流體模型（1936）T<<Tc,兩種電子之間的“自旋翻轉”可以忽略。近似地，總電阻是獨立的兩個自旋電子流的電阻值。ρ＝（ρ↑×

ρ↓）/（ρ↑＋

ρ↓）鐵磁金屬的Fermi面附近，s－與d－電子共存。散射幾率“自旋極化”7各向異性磁電阻（AMR）正、負磁電阻效應發現：W

Thomson,Proc.Roy.Soc.8,p546(1857)物理：自旋－軌道作用降低了波函數的對稱性。→磁晶各向異性。(1940）→鐵磁體的各向異性磁電阻解釋（AMR）(1951)→自旋Hall效應（SHE）(1999)層間AFM耦合（1986）89GMR效應1988，A.Fert等，Gruenberg等TMR

的再發現1995年Miyazaki

(JMMM)1011必要條件兩個特征長度：長程交換耦合λ≦2納米（Cr

1。8nm；

Cu

1。2nm）平均自由程

L

≈10納米多層膜中單層厚度t：接近λ，但是要遠小于L。12特征長度和表征方法1A

1nm

10nm

100nmDirect

exchange

length

…………━RKKY

exchange

length……………▄▄▄Magnetic

dipolar

length…..……….━━━━Mean

free

path

……..……….……..………...▄▄▄Spin

diffusionlength………………...▄▄▄▄▄▄▄▄▄▄?XRD………..…..

━━━━━━━━━TEM………….……………….....━━━━━━━━━━━━SEM……━━━━━━━━━SPM…………..………………....━━━━━━━━━━━━13GMR和TMR的應用成績：HDR

的讀出磁頭MRAM原理：磁場控制電阻――磁敏電阻，被動器件！需要：主動器件？控制電流。全金屬GMR晶體管太困難，功率放大？？

遷移率低+結區寬14GMR和TMR的應用（續）1，Bipolar

Spin

transistor無功率增益2，Spin

field-effect

transistor金屬電極＋半導體通道金屬存在spin

injection

問題3，Spin

valvetransistorPt/Co/Cu/Co集電極電流太低，信噪比低4，Spin

single-electron

tunneling

devices自旋堆積產生的非平衡態問題15自旋電子學的提出物理和主動（active）器件要求和進展自旋弛豫長度很長提高自旋注入效率磁性半導體作為“自旋源”光學、電學方法進展16龐磁電阻（CMR）（1）CMR的再發現薄膜技術Jonker

and

van

Santen(1950)Jin，Tiefel

et

al(1994)17龐磁電阻（CMR）

（續）（2）為甚麼有興趣？Mott絕緣體高溫超導、CMR、重費米子、巡游電子、量子Hall效應強關聯電子體系超越“傳統的能帶理論”。18幾種MR效應物理理解上的進展表現相似、本質迥異AMR,GMR,TMR能帶理論基礎上的“散射過程”。CMR非能帶理論的“強關聯躍遷過程”。1920CMRLa0.7Ca0.3MnO3/STO薄膜在稍低于Tc時的掃描隧道譜（看下一張圖）隨磁場增加共存的絕緣相與金屬相團簇此消彼長Science

285,

(1999)15402122各種“電子學”1，電荷電子學電壓（改變）電荷狀態，（控制）電流2，磁電子學磁場（改變）磁矩狀態電子（控制）電阻3，自旋電子學電場或光（改變）電荷自旋狀態（控制）電流4，軌道電子學電場或光（改變）軌道狀態（控制）電流23軌道電子學？激光電場改變軌道狀