自旋電子學材料與器件
宋成
- 出版商: 科學出版
- 出版日期: 2024-11-01
- 定價: $1,194
- 售價: 8.5 折 $1,015
- 語言: 簡體中文
- 頁數: 394
- ISBN: 7030797078
- ISBN-13: 9787030797070
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材料科學 Meterials、電子學 Eletronics
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商品描述
在21世紀，大數據、人工智能等高新信息科技飛速發展之際，自旋電子學憑借其在低功耗非易失存儲和存算一體化方面的獨特優勢，已成為推動後摩爾時代集成電路革命性創新的關鍵技術。全書共10章。第1章概述自旋電子學的發展歷程；第2章詳細介紹自旋軌道力矩效應的物理原理、檢測技術、材料選擇及其調控與應用；第3章討論電控磁效應的材料體系、物理機制和器件實用性；第4章專註於反鐵磁自旋電子學，探討反鐵磁磁矩的調控與檢測方法；第5章從橫向輸運、縱向輸運和相乾輸運三個角度全面介紹磁子學；第6章解析磁斯格明子的生成、探測及其動力學特性，並探討其在器件中的應用前景；第7章和第8章簡要介紹拓撲磁性和二維磁性；第9章和第10章則闡述自旋電子學與光學、聲學的交叉研究領域。
目錄大綱
目錄
前言
第1章 自旋電子學概述 1
1.1 自旋電子學發展歷史簡介 1
1.2 本書章節簡介 3
參考文獻 8
第2章 自旋軌道力矩效應 13
2.1 自旋軌道力矩效應簡介 14
2.1.1 自旋軌道力矩效應的物理起源 14
2.1.2 自旋軌道力矩效應與自旋轉移力矩效應對比 18
2.2 自旋軌道力矩效應的檢測技術 19
2.2.1 反常霍爾回線偏移 19
2.2.2 諧波電壓測試 20
2.2.3 自旋力矩–鐵磁共振 22
2.3 各種材料體系中的自旋軌道力矩效應 24
2.3.1 重金屬/鐵磁 24
2.3.2 重金屬/人工反鐵磁 29
2.3.3 重金屬/亞鐵磁 31
2.3.4 拓撲絕緣體/鐵磁 33
2.3.5 鐵磁單層膜 35
2.3.6 其他體系 39
2.4 自旋軌道力矩效應的調控與應用 40
2.4.1 翻轉效率 40
2.4.2 無輔助場翻轉 43
2.4.3 自旋軌道力矩動力學 46
2.4.4 自旋軌道力矩器件 48
參考文獻 53
第3章 電控磁效應 70
3.1 電控磁效應的器件構型與材料體系 70
3.1.1 磁性金屬 73
3.1.2 磁性半導體 74
3.1.3 磁性氧化物 75
3.1.4 介電柵極材料 76
3.2 電控磁效應的物理機制 79
3.2.1 載流子調控 80
3.2.2 應變效應 83
3.2.3 交換耦合 87
3.2.4 軌道重構 90
3.2.5 電化學效應 92
3.2.6 電控磁五種機制的比較 96
3.3 電控磁效應的器件應用 98
3.3.1 電場輔助的磁隧道結翻轉 98
3.3.2 電場驅動的磁化翻轉 102
3.3.3 電場調控與自旋流的結合 104
3.3.4 MESO器件 106
3.3.5 電控磁展望 112
參考文獻 113
第4章 反鐵磁自旋電子學 131
4.1 反鐵磁自旋電子學簡介 131
4.1.1 反鐵磁的磁學基礎 131
4.1.2 反鐵磁自旋電子學的物理基礎 133
4.2 典型反鐵磁材料 136
4.2.1 共線性 136
4.2.2 導電性 137
4.2.3 交錯磁體 137
4.2.4 人工反鐵磁 139
4.2.5 補償型亞鐵磁 140
4.3 反鐵磁磁矩的操控機制 142
4.3.1 磁場操控 143
4.3.2 電流操控 144
4.3.3 電場操控 151
4.3.4 光學操控 154
4.4 反鐵磁磁矩的探測方法 155
4.4.1 磁序探測 157
4.4.2 磁疇成像 161
4.5 反鐵磁磁矩調制自旋流產生 162
4.5.1 反鐵磁中的電荷自旋轉化 163
4.5.2 可控的自旋流和自旋軌道力矩 167
4.5.3 自旋泵浦效應和自旋澤貝克 172
4.6 反鐵磁自旋電子學器件 174
4.6.1 反鐵磁隨機存儲器 174
4.6.2 反鐵磁納米振盪器 175
參考文獻 177
第5章 磁子學 193
5.1 磁子學的物理基礎 193
5.2 磁子的橫向輸運 195
5.2.1 (亞) 鐵磁器件 195
5.2.2 反鐵磁器件 197
5.3 磁子的縱向輸運 199
5.3.1 磁子閥 200
5.3.2 自旋拖曳器件 201
5.3.3 反鐵磁層調制器件 203
5.4 磁子的相乾輸運 205
5.4.1 相乾磁子的產生與探測 205
5.4.2 磁子相乾輸運現象 208
5.4.3 磁子相乾輸運的應用 211
5.5 磁子轉移力矩效應 213
參考文獻 215
第6章 磁斯格明子.220
6.1 磁斯格明子概述 220
6.1.1 磁斯格明子的拓撲物理 220
6.1.2 磁斯格明子的發展歷程 222
6.2 磁斯格明子的產生 224
6.2.1 磁場 225
6.2.2 極化電流 227
6.2.3 電場 228
6.2.4 其他途徑 230
6.3 磁斯格明子的探測 232
6.3.1 顯微學探測 232
6.3.2 電學探測 233
6.4 磁斯格明子的動力學 234
6.4.1 磁斯格明子與電流的相互作用 235
6.4.2 斯格明子霍爾效應 236
6.5 磁斯格明子的器件應用 237
6.5.1 賽道存儲器 237
6.5.2 磁邏輯 239
6.5.3 基於磁斯格明子的神經形態模擬 240
參考文獻 242
第7章 磁性拓撲材料 249
7.1 磁性拓撲絕緣體 249
7.1.1 理論基礎 249
7.1.2 實驗實現 250
7.2 磁性外爾半金屬 254
7.3 反鐵磁狄拉克半金屬260
參考文獻 262
第8章 二維磁性 264
8.1 二維磁性的起源與發展歷程 264
8.1.1 二維磁性的起源 264
8.1.2 二維磁性的發展歷程 266
8.2 典型二維磁性材料的類型與特點 266
8.2.1 鐵磁金屬 267
8.2.2 鐵磁半導體 269
8.2.3 反鐵磁半導體 270
8.3 二維磁性的表徵技術 275
8.3.1 電學技術 275
8.3.2 光譜技術 278
8.4 二維磁性的多場調控 282
8.4.1 電壓調控 282
8.4.2 應變調控 285
8.4.3 成分調控 286
8.4.4 嵌入調控 288
8.5 基於二維磁性材料的自旋電子學現象 288
8.5.1 堆垛效應 288
8.5.2 界面效應 290
8.5.3 磁能帶效應 294
8.6 基於二維磁性材料的自旋電子學器件 296
8.6.1 二維磁性霍爾器件 296
8.6.2 全二維自旋閥與隧道結 298
8.6.3 二維磁子輸運器件 299
參考文獻 300
第9章 太赫茲自旋電子學 311
9.1 太赫茲自旋電子學概述 311
9.2 基於電子自旋的太赫茲波輻射 312
9.2.1 超快退磁輻射太赫茲波 312
9.2.2 逆自旋霍爾效應輻射太赫茲波 314
9.2.3 界面Rashba效應輻射太赫茲波 318
9.2.4 反鐵磁共振輻射太赫茲波 322
9.3 太赫茲脈沖的性能、偏振及其頻譜的調控 323
9.3.1 自旋太赫茲脈沖性能的提升 323
9.3.2 自旋太赫茲脈沖偏振的調控 326
9.3.3 自旋太赫茲脈沖頻譜的調控 330
9.4 自旋相關的太赫茲光譜探測 332
9.5 太赫茲自旋波的激發及其探測 334
參考文獻 337
第10章 自旋聲電子學 343
10.1 自旋聲電子學的物理基礎 343
10.1.1 磁彈耦合 343
10.1.2 磁–旋轉耦合 345
10.1.3 自旋–旋轉耦合 345
10.1.4 旋磁耦合 347
10.1.5 磁子–聲子耦合 347
10.2 聲控磁性和自旋 348
10.2.1 聲波驅動的磁化動力學 348
10.2.2 聲波輔助的磁化翻轉 354
10.2.3 聲波輔助的磁織構產生及運動 357
10.2.4 聲波產生自旋流 361
10.2.5 聲學太赫茲發射 363
10.3 磁控聲波 364
10.3.1 聲波參數的磁調控 365
10.3.2 聲波的非互易傳播 365
10.4 新型磁聲器件 367
10.4.1 基於直接磁電耦合的磁電器件 368
10.4.2 基於逆磁電耦合的磁電器件 373
10.4.3 基於直接和逆磁電耦合的磁電器件——磁電天線 377
參考文獻 383
前言
第1章 自旋電子學概述 1
1.1 自旋電子學發展歷史簡介 1
1.2 本書章節簡介 3
參考文獻 8
第2章 自旋軌道力矩效應 13
2.1 自旋軌道力矩效應簡介 14
2.1.1 自旋軌道力矩效應的物理起源 14
2.1.2 自旋軌道力矩效應與自旋轉移力矩效應對比 18
2.2 自旋軌道力矩效應的檢測技術 19
2.2.1 反常霍爾回線偏移 19
2.2.2 諧波電壓測試 20
2.2.3 自旋力矩–鐵磁共振 22
2.3 各種材料體系中的自旋軌道力矩效應 24
2.3.1 重金屬/鐵磁 24
2.3.2 重金屬/人工反鐵磁 29
2.3.3 重金屬/亞鐵磁 31
2.3.4 拓撲絕緣體/鐵磁 33
2.3.5 鐵磁單層膜 35
2.3.6 其他體系 39
2.4 自旋軌道力矩效應的調控與應用 40
2.4.1 翻轉效率 40
2.4.2 無輔助場翻轉 43
2.4.3 自旋軌道力矩動力學 46
2.4.4 自旋軌道力矩器件 48
參考文獻 53
第3章 電控磁效應 70
3.1 電控磁效應的器件構型與材料體系 70
3.1.1 磁性金屬 73
3.1.2 磁性半導體 74
3.1.3 磁性氧化物 75
3.1.4 介電柵極材料 76
3.2 電控磁效應的物理機制 79
3.2.1 載流子調控 80
3.2.2 應變效應 83
3.2.3 交換耦合 87
3.2.4 軌道重構 90
3.2.5 電化學效應 92
3.2.6 電控磁五種機制的比較 96
3.3 電控磁效應的器件應用 98
3.3.1 電場輔助的磁隧道結翻轉 98
3.3.2 電場驅動的磁化翻轉 102
3.3.3 電場調控與自旋流的結合 104
3.3.4 MESO器件 106
3.3.5 電控磁展望 112
參考文獻 113
第4章 反鐵磁自旋電子學 131
4.1 反鐵磁自旋電子學簡介 131
4.1.1 反鐵磁的磁學基礎 131
4.1.2 反鐵磁自旋電子學的物理基礎 133
4.2 典型反鐵磁材料 136
4.2.1 共線性 136
4.2.2 導電性 137
4.2.3 交錯磁體 137
4.2.4 人工反鐵磁 139
4.2.5 補償型亞鐵磁 140
4.3 反鐵磁磁矩的操控機制 142
4.3.1 磁場操控 143
4.3.2 電流操控 144
4.3.3 電場操控 151
4.3.4 光學操控 154
4.4 反鐵磁磁矩的探測方法 155
4.4.1 磁序探測 157
4.4.2 磁疇成像 161
4.5 反鐵磁磁矩調制自旋流產生 162
4.5.1 反鐵磁中的電荷自旋轉化 163
4.5.2 可控的自旋流和自旋軌道力矩 167
4.5.3 自旋泵浦效應和自旋澤貝克 172
4.6 反鐵磁自旋電子學器件 174
4.6.1 反鐵磁隨機存儲器 174
4.6.2 反鐵磁納米振盪器 175
參考文獻 177
第5章 磁子學 193
5.1 磁子學的物理基礎 193
5.2 磁子的橫向輸運 195
5.2.1 (亞) 鐵磁器件 195
5.2.2 反鐵磁器件 197
5.3 磁子的縱向輸運 199
5.3.1 磁子閥 200
5.3.2 自旋拖曳器件 201
5.3.3 反鐵磁層調制器件 203
5.4 磁子的相乾輸運 205
5.4.1 相乾磁子的產生與探測 205
5.4.2 磁子相乾輸運現象 208
5.4.3 磁子相乾輸運的應用 211
5.5 磁子轉移力矩效應 213
參考文獻 215
第6章 磁斯格明子.220
6.1 磁斯格明子概述 220
6.1.1 磁斯格明子的拓撲物理 220
6.1.2 磁斯格明子的發展歷程 222
6.2 磁斯格明子的產生 224
6.2.1 磁場 225
6.2.2 極化電流 227
6.2.3 電場 228
6.2.4 其他途徑 230
6.3 磁斯格明子的探測 232
6.3.1 顯微學探測 232
6.3.2 電學探測 233
6.4 磁斯格明子的動力學 234
6.4.1 磁斯格明子與電流的相互作用 235
6.4.2 斯格明子霍爾效應 236
6.5 磁斯格明子的器件應用 237
6.5.1 賽道存儲器 237
6.5.2 磁邏輯 239
6.5.3 基於磁斯格明子的神經形態模擬 240
參考文獻 242
第7章 磁性拓撲材料 249
7.1 磁性拓撲絕緣體 249
7.1.1 理論基礎 249
7.1.2 實驗實現 250
7.2 磁性外爾半金屬 254
7.3 反鐵磁狄拉克半金屬260
參考文獻 262
第8章 二維磁性 264
8.1 二維磁性的起源與發展歷程 264
8.1.1 二維磁性的起源 264
8.1.2 二維磁性的發展歷程 266
8.2 典型二維磁性材料的類型與特點 266
8.2.1 鐵磁金屬 267
8.2.2 鐵磁半導體 269
8.2.3 反鐵磁半導體 270
8.3 二維磁性的表徵技術 275
8.3.1 電學技術 275
8.3.2 光譜技術 278
8.4 二維磁性的多場調控 282
8.4.1 電壓調控 282
8.4.2 應變調控 285
8.4.3 成分調控 286
8.4.4 嵌入調控 288
8.5 基於二維磁性材料的自旋電子學現象 288
8.5.1 堆垛效應 288
8.5.2 界面效應 290
8.5.3 磁能帶效應 294
8.6 基於二維磁性材料的自旋電子學器件 296
8.6.1 二維磁性霍爾器件 296
8.6.2 全二維自旋閥與隧道結 298
8.6.3 二維磁子輸運器件 299
參考文獻 300
第9章 太赫茲自旋電子學 311
9.1 太赫茲自旋電子學概述 311
9.2 基於電子自旋的太赫茲波輻射 312
9.2.1 超快退磁輻射太赫茲波 312
9.2.2 逆自旋霍爾效應輻射太赫茲波 314
9.2.3 界面Rashba效應輻射太赫茲波 318
9.2.4 反鐵磁共振輻射太赫茲波 322
9.3 太赫茲脈沖的性能、偏振及其頻譜的調控 323
9.3.1 自旋太赫茲脈沖性能的提升 323
9.3.2 自旋太赫茲脈沖偏振的調控 326
9.3.3 自旋太赫茲脈沖頻譜的調控 330
9.4 自旋相關的太赫茲光譜探測 332
9.5 太赫茲自旋波的激發及其探測 334
參考文獻 337
第10章 自旋聲電子學 343
10.1 自旋聲電子學的物理基礎 343
10.1.1 磁彈耦合 343
10.1.2 磁–旋轉耦合 345
10.1.3 自旋–旋轉耦合 345
10.1.4 旋磁耦合 347
10.1.5 磁子–聲子耦合 347
10.2 聲控磁性和自旋 348
10.2.1 聲波驅動的磁化動力學 348
10.2.2 聲波輔助的磁化翻轉 354
10.2.3 聲波輔助的磁織構產生及運動 357
10.2.4 聲波產生自旋流 361
10.2.5 聲學太赫茲發射 363
10.3 磁控聲波 364
10.3.1 聲波參數的磁調控 365
10.3.2 聲波的非互易傳播 365
10.4 新型磁聲器件 367
10.4.1 基於直接磁電耦合的磁電器件 368
10.4.2 基於逆磁電耦合的磁電器件 373
10.4.3 基於直接和逆磁電耦合的磁電器件——磁電天線 377
參考文獻 383
