[科普中国]-半导体自旋电子学

半导体自旋电子学是半导体磁电子学，它是利用磁性半导体材料或者磁性/ 半导体的复合材料，将磁性引入到半导体中来，由此可以研制光学隔离器、磁传感器以及非挥发性内存等新的半导体器件，而且这些都可以集成到其他半导体器件和电路中。

内容简介《半导体自旋电子学》介绍半导体自旋电子学的发展历史、基本概念和研究成果，并展望了它未来的发展。引言介绍半导体自旋电子学的发展历史。第1章介绍半导体中磁离子性质、磁离子在晶格场中的分裂以及基态、低激发态能级特点。第2章介绍稀磁半导体的性质、巨Zeeman分裂效应和光学性质。第3章介绍铁磁半导体、铁磁相互作用理论和影响居里温度的因素。第4章介绍自旋电子的注入、Rashba效应、自旋通过异质界面的相干输运及自旋极化电子注入的实验和iN论。第5章介绍自旋弛豫、自旋反转的3大机制：EY、DP和FIBAP机制以及自旋弛豫的实验研究。第6～10章是研究专题，介绍一些最新的研究成果。第6章介绍Rashba—Dresselhaus效应的理论基础和实验测定。第7章是自旋的光学响应，包括自旋分裂系统中光注入电子自旋引发的自旋光电流和电场导致电子自旋极化等。第8章是自旋相干电子的操控，包括电子自旋相干及空间运动、自旋霍尔效应、自旋流的产生及半导体中的自旋动力学等。第9章是自旋极化电子和磁畴的输运，包括磁性半导体二维电子气和量子点中的自旋输运、磁性半导体中的磁畴输运等。第10章是半导体量子点和量子线的自旋性质调控。

半导体自旋电子学的研究与应用进展自旋电子学是一门最新发展起来的涉及磁学、电子学以及信息学的交叉学科。自旋电子器件与普通半导体电子器件相比具有不挥发、低功耗和高集成度等优点。1

自旋的注入和检测自旋注入和检测是实现自旋电子器件最基本的条件，磁性材料/半导体界面的自旋注入是最基本的自旋注入结构。最大的问题是如何将一束高度自旋极化电流从磁性材料有效地注入到半导体中，并且自旋极化在注入过程中没有大的损失。在室温下特别有效地注入方法还没出现。1

1、欧姆式自旋注入

向半导体中注入自旋极化电流最直接的自旋注入结构，就是铁磁材料/ 半导体形成欧姆接触，由于在铁磁材料中电子是自旋极化的，因此，希望能够在半导体中注入自旋极化的电子。但是典型的金属一半导体欧姆式接触需要半导体表面重掺杂，这会引起载流子的自旋翻转散射，造成自旋极化度的损失。铁磁性金属到半导体自旋极化的欧姆式注入的最好结果仅达到4.5%(