諾獎巨磁電阻效應與SXQ理論----SXQ理論應用舉例（1）摘要：SXQ理論的主要成份是三旋，而三旋的核心是研究自旋。那么如果SXQ是講自旋，球量子有自旋，環量子有自旋，同是自旋，為什么環量子的自旋比球量子的自旋重要？特別是有人說：巨磁電阻（GMR）效應涉及自旋，龐磁電阻（CMR）效應也涉及自旋，而且CMR是自旋世界美妙絕倫的一個例子，但為什么比拼到現在，CMR反而沒有得諾貝爾獎，GMR得了諾貝爾獎呢？關鍵詞：巨磁電阻、龐磁電阻、自旋、SXQ理論、哲學【0、引言】2007年10月科學界的最高盛典----瑞典皇家科學院頒發的諾貝爾獎揭曉：法國科學家阿爾貝·費爾和德國科學家彼得·格林貝格爾，因分別獨立發現巨磁阻效應，共同獲得2007年諾貝爾物理學獎。巨磁阻效應（GMR）是一種量子力學和凝聚態物理學現象，它產生于層狀的磁性薄膜結構。瑞典皇家科學院在評價這項成就時表示，該諾貝爾物理學獎主要獎勵：“用于讀取硬盤數據的技術，得益于這項技術，硬盤在近年來迅速變得越來越小”。諾貝爾評委會主席佩爾·卡爾松，用兩張圖片的對比，說明巨磁阻的重大意義：一臺1954年體積占滿整間屋子的電腦，和一個如今非常普通、手掌般大小的硬盤；“正因為有了這兩位科學家的發現，單位面積介質存儲的信息量才得以大幅度提升”。巨磁阻是什么？巨磁阻又稱特大磁電阻，龐磁電阻等，其磁電阻(MR)可高達10的6次方。我國有一位科研人員說：“看看你的計算機硬盤，存儲能力有多大，就知道他們的貢獻有多大了”。諾貝爾獎并不總是代表著深奧的理論和艱澀的知識，它往往就在我們身邊。例如，根據該效應開發的小型大容量硬盤，已得到了廣泛的應用：我們司空見慣的筆記本電腦、MP3、U盤等消費品，就閃爍著巨磁阻效應的科學光芒。磁阻效應，可以在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層（幾個納米厚）結構中觀察到。這種結構是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替迭合而成，當鐵磁層的磁矩相互平行時，載流子與自旋有關的散射最小，材料有最小的電阻。當鐵磁層的磁矩為反平行時，與自旋有關的散射最強，材料的電阻最大。這里，巨磁阻效應（GMR）或磁電阻(MR)，與自旋有關，是啥？自旋是啥？你真知道物理學原理的自旋嗎？這就是本文要講的SXQ理論，它在三個層次都聯系上龐加萊猜的層展和呈展。如此，稱為“三旋/弦/圈理論”，簡稱為SXQ理論（由分別取“三旋”、“弦論”、“圈量子”的中文拼音第一個字母的大寫S、X、Q組成）。即SXQ理論包含了所曾主要表達的數學和物理內容，既有環量子三旋理論，又有超弦/M理論，還有圈量子引力理論等。【1、自旋重要從此開始】1、讓你當回“馬赫”赫赫有名的馬赫，是19世紀末20世紀初一位有影響的“革命的”奧地利物理學家。他以教條式堅持的“物質第一性”和“邏輯自洽性”兩個原則為武器，同著名化學家奧斯特瓦爾德，共同對玻爾茲曼的“原子”研究發起了一場持久的攻擊。因為馬赫認為：科學界從未有人見到過一個原子，所以不承認原子的存在，并認為只有在實驗上得到證實的說法，才有科學意義。20世紀末21世紀初，多數物理學家都相信夸克是永遠看不見的，它們被永久禁閉在強子之內；而夸克模型的創立者，也承認夸克原是一種數學虛構。而三旋理論認為：強子的子結構，是一種環量子的自旋，說白了，用環量子的三種自旋----面旋、體旋、線旋的數學編碼，可以描述強子的子結構夸克密碼----這也是一種數學虛構。如果你是當代“革命的”的“馬赫”，應怎么想呢？其實，教條式的“物質第一性”和“邏輯自洽性”兩個原則，從古到今，都不是我們全稱的唯物主義。例如，從古到今的人類共同體驗，都認為我們的宇宙，可分為實體與虛空兩個部分，從而奠定了唯物主義的“一分為二”原則。這里實體，類似的物質，是“唯物”，難道虛空類似的存在，就不是“唯物”？正是基于唯物主義的一分為二原則，實體就是實體，虛空就是虛空，但也存在實體中有虛空，虛空有實體的東西，從而又奠定了唯物主義的“辯證”原則。所以“一分為二”法，和“辯證”法兩個原則，才是唯物主義最基本的東西。球量子形態的實體或虛空，從結構到功能都可作“物質第一性”和“邏輯自洽性”兩個原則的描述。惟獨環量子的形態，是既有實體又有虛空，從結構到功能作自旋數學編碼描述，取其“邏輯自洽性”原則和理想、對稱原則，可有62種自旋態，比實體或虛空的球量子取其“邏輯自洽性”原則和理想、對稱原則的兩種自旋態----左旋和右旋，多出54種自旋態。且從密碼學編碼的相容性和冗余性出發，取62種自旋態的環量子作強子的子結構的相容性編碼，對應“物質第一性”和“邏輯自洽性”兩個原則描述稱的“物質”，那么62種自旋態相容性編碼之外的冗余性編碼，自然是“暗物質”了。本來強子會像小小陀螺一樣自旋，這應三旋理論跟強子理論能對“自旋”形象，與經典力學有類似共同認識的一些地方，但強子理論又受傳統量子力學角動量對“自旋”定義的影響，把自旋限定在整數和半整數的數學編碼框架里，根本不管經典力學對自旋的形象思維，造成反“物質第一性”和“邏輯自洽性”兩個原則描述的百年之痛。其實，這正是角動量球量子形態描述的量子力學的實體或虛空圖像自旋造成的，如果引進環量子形態描述的自旋圖像，量子力學的整數和半整數的“自旋”定義的百年之痛，可用手征性分開對應解決。自旋世界如此重要，但總歸是一種數學描述，堅持“物質第一性”和“邏輯自洽性”兩個原則的人們，也許會為類似夸克的存在狀態這類問題長期爭論下去，那就讓你當一回“馬赫”吧！2、巨磁電阻效應解讀2007年諾貝爾物理學獎獲得者阿爾貝·費爾和彼得·格林貝格爾，獲獎的原因是，先后獨立發現了一種全新的物理效應----“巨磁電阻”效應。但這項發現的偉大之處還不僅如此，因為當時《科學時報》記者就此采訪了該領域的我國4位學者，其中中國科技大學張裕恒院士說：“小到手表，大到宇宙，電子的電性有了充分利用，但是磁性一直沉睡著。1988年發現巨磁電阻效應，其科學意義在于第一次揭示了電子的另外一個行為----自旋的作用”。巨磁電阻效應是指磁性材料的電阻率，在有外磁場作用時，較之無外磁場作用時存在巨大變化的現象。根據這一效應開發的小型大容量計算機硬盤，已得到廣泛應用，因為在制作讀取頭中加以應用，它非常有助于從硬盤中讀取數據。眾所周知，硬盤能夠存儲包括音樂在內的信息，這些信息被存在微小的磁化區，信息則通過記錄磁場變化的讀取器取出，而機器在讀取數據時，必須把用磁記錄的信息轉換成電流。硬盤越小，各個磁化區的面積也越小，磁化的程度也越弱。因此如果欲在一張硬盤中存儲更多信息，就需要更為靈敏的讀取器。強磁性材料在受到外加磁場作用時引起的電阻變化，稱為磁電阻效應。巨磁電阻效應是1988年發現的一種磁致電阻效應，由于相對于傳統的磁電阻效應大一個數量級以上，因此名為巨磁電阻。1997年首個應用巨磁電阻效應的讀取頭研制成功，基于巨磁電阻效應原理制成的讀取器，它可以將細小的磁場變化轉換成不同的電阻，使讀取器產生不同的電流，而電流是讀取器的信號，這很快成為標準技術，即便今天最新的讀取技術也均由巨磁電阻效應發展而來。不論磁場與電流方向平行還是垂直，都將產生磁電阻效應。平行的稱為縱磁場效應，垂直的稱為橫磁場效應。磁場引起的電阻變化與未加磁場時電阻之比，稱為磁電阻率。一般強磁性材料的磁電阻率在室溫下小于8％，在低溫下可增加到10％以上。已實用的磁電阻材料主要有鎳鐵系和鎳鈷系磁性合金，室溫下鎳鐵系坡莫合金的磁電阻率約1％～3％，若合金中加入銅、鉻或錳元素，可使電阻率增加。鎳鈷系合金的電阻率較高，可達6％。與利用其他磁效應相比，利用磁電阻效應制成的換能器和傳感器，其裝置簡單，對速度和頻率不敏感。磁電阻材料，已用于制造磁記錄磁頭、磁泡檢測器和磁膜存儲器的讀出器等。3、巨磁電阻傳感器原理巨磁電阻效應，來自于載流電子的不同自旋狀態與磁場的作用不同，因而導致的電阻值的變化。這種效應，只有在納米尺度的薄膜結構中才能觀測出來。賦以特殊的結構設計，這種效應還可以調整以適應各種不同的性能需要。例如，巨磁電阻傳感器，將四個巨磁電阻構成惠斯登電橋結構，該結構可以減少外界環境對傳感器輸出穩定性的影響，增加傳感器靈敏度；工作時電流輸入端接5V~20V的穩壓電壓，輸出端在外磁場作用下即輸出電壓信號。【2、自旋重要第一次被揭示】電子的磁性被命名為“自旋”，這是1897年湯姆森發現電子具有電性24年之后的又一怪事。其實從三旋理論出發，這并不奇怪。三旋從唯象上說，是一種兩群諦合結構，即它包含類圈結構（ψ）和自旋結構（Ω）：Ψ=ψΩ（2-1）由于環面與球面不同倫，對“自旋”像小小陀螺一樣的經典力學圖像出發的物理語義學定義應是，自旋：有固定的轉軸或轉點，能同時組織旋轉面，并能在旋轉面內找到同時對稱的動點，且軌跡重疊的旋轉。那么自轉應是：有固定的轉軸或轉點，但不能同時組織旋轉面，也不能找到同時對稱的動點，或有對稱動點軌跡也不重疊的旋轉。轉動應是：可以沒有固定的轉軸或轉點，不能同時組織旋轉面，也沒有同時對稱的動點，但軌跡是封閉線的旋轉。有了從經典力學到量子力學對自旋的統一定義，那么對于環量子的類圈體結構應有三種自旋。面旋：類圈體繞垂直于圈面的軸的旋轉；體旋：類圈體繞圈面內的軸的旋轉；線旋：類圈體繞體內中心圈線的旋轉。其中體旋粗略地講類似一種翻動，可對應宏觀的溫度效應；面旋可對應電子的電性，例如，電流從正極必然要流回負極實現循環；線旋可對應電子的磁性，例如，當外部磁場以稱為通量線的一條條線束的形式穿透超導體時，就可能出現電阻，而通量線經常被稱為渦旋，在三旋中，渦旋屬于線旋。在陶瓷氧化物----鑭鈣錳氧中發現的高達125000%的磁阻效應，稱為龐磁電阻效應。這類隧穿磁電阻效應，具有信息不易揮發、密度高、信號容量大的特點，有可能超越巨磁電阻技術；而且自旋用到量子計算等技術中，可以存儲海量信息。這一切用三旋理論很好理解：類圈體同時能作三旋，設體旋為0狀態，面旋為1狀態；線旋類似原子核磁場和外加磁場，它既能作方向定位又能對體旋和面旋方向進行操作，而且是遠距離、瞬時纏連的同時作用。這如花樣游泳運動員在水中除能作各種表演外，還能聽令于岸上的指揮。例如，利用氯仿中氫核和碳核類圈體似的三旋之間的相互作用，建造一個量子受控非門：用一個振蕩頻率為400兆赫（即射頻）的磁場，可以使被置于10特斯拉的恒定磁場（設箭頭沿垂線）內的一個氫原子核圈發生體旋。設氫圈的面旋軸向不是朝上就是朝下，即圈面在垂直于恒定磁場的水平方向；再設碳圈的面旋軸向確定地朝上，即圈面也在水平方向，當一個適當的射頻脈沖加上之后，可以使碳的圈面繞水平方向軸體旋到垂線方向，然后碳圈將繞著垂線方向軸繼續體旋，其體旋速度將取決于氯仿分子中氫圈的面旋軸向是否恰巧朝上。而經百萬分之一秒的時間，碳圈的面旋軸向將不是朝上就是朝下，這取決于鄰近的氫圈的面旋軸向是朝上或朝下。因為在那一瞬間再發射一個射頻脈沖，使碳的圈面再繞水平方向軸體旋90度，這樣，如果相鄰的氫圈的面旋軸向朝上，此操作就使碳圈的面旋軸向朝下；而如果相鄰的氫圈的面旋軸向朝下，它就使碳圈的面旋軸向朝上。可見量子計算是借助于類圈體的三旋轉動及“受控非門”的操作，因為作為這種邏輯門三旋基礎的面旋軸向可以處于朝上和朝下，以及體旋可以繞水平和垂線軸向轉動這兩種狀態的迭加中，因此，量子計算可以同時對一組似乎互不相容的輸入進行操作。科學家們認為，量子計算中，量子效應是幾率性、不可預測的，這導致器件工作不穩定。目前超大規模集成電路在1平方厘米的面積上，可以集成10的7次方到10的8次方個電子元件，器件最小尺度是20納米，一旦小于這個尺寸，量子效應開始起作用，而傳統的工作原理如歐姆定理等就失效。由于巨磁電阻的發現和應用，以前分開的電子學和磁學正在相互融合，這就是自旋電子學。因為傳統的硅基芯片只利用了電子的一個自由度----電荷，而沒有用到自旋，量子計算要想突破這個尺寸，就必須利用電子的自旋，把自旋作為信息儲存、處理、輸運的主體。利用了電子自旋來調控電子傳導，這是一個在室溫下用量子效應制作器件的絕佳例子。【3、自旋世界的比較】SXQ理論的主要成份是三旋理論；21世紀初弦論走到龐加萊猜想，產生的第三次超弦革命，是把環量子三旋理論、超弦/M理論和圈量子引力理論等看成是同一種理論的三個層次，而能把它們統一起來。例如，單個環量子三旋的三類62種自旋態，是62種圈態密碼，也形成一種量子自旋系綜，它的兩個層次：一是環量子聯系龐加萊猜想與唯象規范場和二次量子化引出的管線弦、套管弦等圖像，是和當基底空間用一張二維的紙表示，卷繞粘接成一個圓筒時，這個彎曲的一維收縮成一個極小的圓，以致二維空間最終看起來就像是一維的直線一樣，而緊緊卷繞粘接起來的薄膜圓筒這時就類似于弦的圖像。即弦理論只要堅持任何時候它說的開弦或弦線，都不是實心的桿線弦，而是空心的管線弦，閉弦也是管線弦兩端的拼接，那么弦與環兩者是等價的，超弦/M理論也就沒有拓撲學上環面與球面不同倫的數學紛爭。二是環量子的線旋耦合網格，形成圈組合的邊和結的自旋網絡圖，也是與圈量子引力理論等價的。所以這里的環量子、弦和圈組合等三個層次的實線，僅是龐加萊猜想歸納的“簡并形式”。反之，這三個層次僅是龐加萊猜的層展和呈展；這種空心管線弦的簡并實線，也僅是在計算、應用、理解上的一種方便。如此，它包含了既有環量子三旋理論，又有超弦/M理論，還有圈量子引力理論等所曾主要表達的數學和物理內容，稱為“三旋/弦/圈理論”；簡稱為SXQ理論。如果SXQ是講自旋，球量子有自旋，環量子有自旋，同是自旋，為什么環量子的自旋，就比球量子的自旋重要？特別是有人說：巨磁電阻（GMR）效應涉及自旋，龐磁電阻（CMR）效應也涉及自旋，而且CMR是自旋世界美妙絕倫的一個例子，但為什么比拼到現在，CMR反而沒有得諾貝爾獎，GMR得了諾貝爾獎呢？前者就不要說了，因為環量子的自旋，能包容球量子的自旋，反之則不能。其次，根據物質族質量譜公式，對應代夸克的質量（K）等于對應代的輕子的質量（Q）加上對應代的兩種規范玻色子的質量和（B），例如：上夸克（u）的質量等于對應代輕子電子（e）的質量，加上對應代玻色子光子與膠子1的質量和，如果假設電子等輕子的拓撲結構類型圖像為“環量子”，對應代的光子與膠子等玻色子的拓撲結構類型圖像為“球量子”，把這種球量子看作是環量子類圈體上的轉座子，能隨類圈體作線旋，那么這種輕子加玻色子組成的夸克，它的拓撲結構類型像什么呢？顯然它也是屬“環量子”類型的拓撲結構圖像；如此組成的質子、中子等重子、強子、核子的微單元弦圈鏈線結構，自然就可交給超弦/M理論和圈量子引力理論等的數學和物理去作簡并處理。至于說到后者，有人說：正常磁電阻、各向異性磁阻和現在的巨磁電阻，都存在于磁性金屬材料中，而這個CMR卻是在過渡金屬錳氧化物中被發現的；雖然在1950年代，對這一類物質的磁性有過深刻的理論研究，1960年代也有人零星報道過這類物質的磁電阻行為，但是那時人們還來不及顧及這些復雜材料----凝聚態物理學家的精力，主要還是放在金屬和半導體物質上面。另外，這個氧化物體系也太復雜了，那時即便發現了CMR，大概也不以為意，因為那個年代應用的技術基礎還沒有搭建起來。但到了1980年代末和1990年代初，發現了過渡金屬氧化物高溫超導現象后，這才觸發物理學家對其它過渡金屬氧化物的興趣。大約在1993年，當時在貝爾實驗室的S·金和在馬里蘭大學的拉梅什用PLD方法制備出LaSrMnO薄膜，于低溫強磁場下測得幾乎100%的磁電阻，CMR吸引了大批凝聚態物理學家。客觀說來，自然界的物質一般分成三類：金屬M、半導體S、絕緣體I，一個大致的區分是看其電阻隨溫度變化的行為。對于M，電阻很小但隨溫度升高而升高；對于I，電阻很大且隨溫度升高而下降；對S，電阻不大不小，但也是隨溫度升高而下降；如果一種物質的電阻在溫度變化時一會兒呈現M行為、一會兒呈現I或S的行為，那么這種物質里面的CMR，絕對是凝聚態物理學家的寶貝。【4、龐磁電阻效應自旋的價值】1、CMR（龐磁電阻）的自旋作用核心，是錳氧化物的Mn3+-O2--Mn4+鏈中的自旋對的所謂雙交換，即一個電子從Mn3+傳遞到Mn4+上去，中間隔了一個O離子，一般認為這樣的傳遞比較難以實現。可是傳遞過程是左邊的Mn3+將一個電子傳給O離子，而這個O離子同時將自己的一個電子傳給右邊的Mn4+，從而使這個離子鏈變成Mn4+-O2--Mn3+鏈。這樣的同時傳遞稱之為雙交換DE。量子力學規定電子在這條鏈上的傳遞，必須在Mn3+和Mn4+的離子核內部的自旋保持互相平行時才可以進行；而這種左右電子的平行運動，其本質是一種小三旋圈。按三旋的定義，還屬面旋。如果它們的自旋反平行或者有一個夾角，那么電子跑過去都會遇到阻礙，也就是說電阻很大。這里自旋在規范電子輸運上起著關鍵作用，所以CMR中自旋是主角。2、CMR是自旋世界的一顆奇葩，因為CMR中存在自旋與電荷、軌道和晶格(聲子)的強烈交互作用，其物理甚至比高溫超導還要豐富些，但如果CMR只有在室溫以下，且必須在很大磁場(幾個特斯拉)下才能達到，則目前看來是無法實際應用，而GMR（巨磁電阻）隨時間卻是身價萬倍。其次，CMR源于過渡金屬氧化物，這東西從半導體制造業角度，不看好，與硅技術不兼容且穩定性不好。而GMR這個鄰居則類似化妝技術高超，養顏技術精到，反而因為使用自旋電子學這一招牌，而變得更加風光迷人。3、在溫度下降到一定值時，錳氧化物內部的Mn離子的自旋有平行排列的傾向，這類似于伊辛模型里面的鐵磁轉變，一旦進入到鐵磁轉變溫度點(居里點)以下，電子在其中傳播遇到的阻力馬上就小了很多。這就是為什么低溫區域電阻，隨溫度下降而迅速下降的原因。然而，雖然溫度下降，電阻的確是下降的，但是理論估算出來的電阻，比實驗測量得到的實際電阻要低很多。更為奇怪的是在高溫區段，電阻不再隨溫度下降而下降，反而是電阻隨溫度升高而下降了。為什么電阻數值會這么大？且在高溫區域電阻又變得隨溫度升高而下降呢？這種夢幻般的電阻隨溫度的變化，在其它物質中非常少見，可在錳氧化物中確如此平常和隨處可見。這里，CMR中自旋雖是主角，但是錳氧化物中還存在一種凝聚態物理叫做賈恩·泰勒(JT)畸變的效應，也就是晶格會自發地發生變形。它會使電子的運動變得艱難起來；既然這個JT效應本質上是一種晶格效應，說明在CMR中，電子輸運有機地將自旋與晶格聯系在一起。由于這個JT效應，電子運動只有靠高溫下的熱激活，才能從一地跳到另外一地。這就好比電子身上被綁了一個沙袋，這種綁了沙袋的電子稱為局域化的電子。局域化電子走路就像半導體和絕緣體中電子的傳播一般，電子只有靠溫度來幫忙才能夠走得更順暢，所以才有電阻隨溫度升高反而降低了，這也就是為何實際電阻比齊納的DE理論預測高很多的原因。4、GMR的化妝技術、養顏技術，來自分子束外延技術獲得的高質量樣品，保證了實驗結果的準確性和可靠性，分別作出了50%和10%的電阻變化率。沒有高質量的樣品就沒有好的物理，分子束外延是一種在人工條件下，生長單晶、平整、光滑的高質量晶體薄膜的技術，可使分子或原子按晶體排列，一層層地“長”在晶體基片上。利用該技術能制備薄到幾十個原子層的單晶薄膜，以及交替生長不同組分、不同摻雜的薄膜，而形成的超薄層量子阱微結構材料。所以說，如果沒有這項技術，很難說能否發現并很快得到同行認可的巨磁電阻效應；即使可以，可能也會推遲幾年。5、如果把巨磁自旋電子學，與單個電子旋轉作比較，更有意思的是美國布法羅大學一個研究小組開發出一種新設備，它可以簡單快捷地誘捕、探測和操縱單個電子旋轉，這就清除了一些阻礙自旋電子學和基于電子旋轉的量子計算發展的主要障礙，使得研發以利用單旋轉為基礎及具有低功率/高性能計算潛力的設備，離現實更進了一步。如它可以使我們輕松地在一種模式中誘捕、操控和探測單電子自旋；這種模式的潛力在于它可以按比例擴展成為致密的集成電路。雖然曾有人宣稱捕獲了單電子旋轉，但都是利用量子點、納米大小半導體在極冷的溫度條件下（即絕對溫度1度以下），論證旋轉捕獲的。但在日常條件下，將設備或計算機冷卻到那樣的溫度是不可能的，它將使得系統非常容易被干擾。相反，布法羅大學研究小組捕獲和探測旋轉的溫度約為絕對溫度20度，基于這種方法的標準將可以用于發展可靠的技術。此外，他們開發的這種系統需要相對較少的在半導體中控制電子流動的邏輯門，這將有助于增加測量復雜的集成電路的可行性。布法羅大學研究人員通過他們創新的量子點接觸，成功實現他們的目標：即研發了在半導體的兩個導通區域之間，控制電荷流動的狹窄的納米級縮頸，預測顯示，它應該可以利用這些縮頸來誘捕單電子自旋。他們研發的這種系統可通過有選擇性地向金屬門，供以一定的電壓來操控半導體中的電流；這些金屬門均裝配在其表面。這些金屬門間擁有一個納米大小的間隙，當向它們通以一定的電壓時，量子點接觸就會在這樣的間隙中形成。通過改變通向金屬門的電壓，能夠對縮頸的寬度進行連續地壓縮，直到它最終完全關閉。當增加金屬上的電荷時，它就會開始彌合間隙。隨著電荷的增加，它就會允許越來越少的電子通過，直到它們全部不能通過。就在間隙快要完全關閉之前，當對這一通道進行擠壓時，就能探測到通道內最后電子的捕獲及其旋轉情況。在那一瞬間，旋轉的捕獲表現為流過設備另一半的電流的變化情況，設備的一個區域很容易感受到另一區域所發生的情況。6、這種在一根導線的兩半邊同時向中間的間隙輸送電子的一維運動，圖像雖說不同于小三旋圈，但其本質按三旋的定義，仍可歸屬于一維的線旋圖像。單電子旋轉的被誘捕，和探測到，那么下一步的研究工作，就是誘捕和探測兩個或更多相互聯系的電子旋轉。這是自旋電子學和量子計算發展的先決條件，在自旋電子學中，信息的讀取，傳輸和處理，都是針對電子或核自旋來操作的。而所謂的自旋電子學，就是以電子自旋或核自旋為研究的核心，主要研究與電子的電荷和自旋密切相關的過程，包括自旋源的產生、自旋注入、自旋傳輸、自旋檢測及自旋控制，其最終目的是實現新型的自旋電子器件，如自旋量子阱發光二極管、自旋p-n結二極管、磁隧道效應晶體管、自旋場效應晶體管、量子計算機等，這是在電子材料如半導體中，主動控制載流子自旋動力學和自旋輸運的一個新興領域。即它是利用電子自旋來製造電子元件的電子學，是利用電子的自旋屬性進行工作的電子學。7、早在19世紀末，英國科學家湯姆遜發現電子之后，人們就知道電子有一個重要特性，就是每一個電子都攜帶一定的電量，即基本電荷（e）；但到20世紀20年代中期量子力學的誕生，才告訴人們電子除攜帶電荷之外，還有另一個重要屬性，就是自旋。這個電子的自旋，有±h/2兩個角動量數值，其中正負號分別表示“自旋朝上”和“自旋朝下”。其實這種把電子的自旋角動量，有±h/2兩個數值的圖像，對應的“自旋朝上”和“自旋朝下”，本質只是一種球量子的圖像，這是我們在前面說造成傳統量子力學百年之痛的根源。因為按龐加萊猜想，電子的球量子圖像只是它的實際圖像的一種簡并，電子內部結構的典型距離標度10的-13次方厘米，是能測量到的電子的最大半徑，小于10-13次方厘米就測量不準了，這表明環量子三旋效應，才是電子的實際圖像。8、通過對電子電荷和電子自旋性質研究的進展，雖然誕生了自旋電子學，但這并不是說電子的自旋自由度以前從沒有用過，例如，半導體中很多類型的自旋極化現象，如載流子的自旋，半導體材料中引入的磁性原子的自旋，和組成晶體的原子的核自旋，傳統的數據存儲介質磁盤，等等，用的就是磁性材料中電子的自旋。然而從某種意義上說，這都是用的電子的球量子圖像自旋。即使是自旋電子學最基本應用的以巨磁電阻為基礎的存儲器和自旋閥，其中自旋的作用也是被動的，它們的工作則要由局域磁場來控制。而磁電子學，則是要基于電子傳導和磁性間的關聯效應，通過磁場實現對輸運特性調制的新興學科，它涉及自旋極化、自旋相關散射和隧穿、自旋積累，以及弛豫、電荷自旋--軌道--晶格間相互作用等強關聯和量子干涉效應等方面；而且作為納米電子學的重要組成，