磁电子器件

磁-电子器件即自旋-电子器件（Spin-electron device）。

这是一种能产生自旋极化电流和能改变自旋来控制电流的一种器件。这种器件能同时利用电子的电荷和自旋的特性来工作，可把信息的存储和处理同时进行，则可使电子设备大大简化、功能大大增强，并从而可能引发新的电子技术革命。自旋-电子器件有金属型的自旋网器件和磁隧道二极管，有半导体型的自旋FET和亚微米GaMnAs磁悬臂（有高灵敏度的扭转力矩）等。自旋极化电流的大小可通过改变电子的自旋来加以控制，从而可实现自旋-电子器件。所谓自旋极化电流，也就是其中所有电子自旋的取向都是一致的电流。自旋、质量和电荷都是确定电子特性的基本参数，在外磁场中电子的能量与自旋矢量相对于磁场的取向有关，自旋向上和自旋向下的电子具有不同的能量；在铁磁体中, 很大部分区域内电子的自旋取向都相同, 当电流通过铁磁体时, 一些自旋取向的电子将受到阻碍, 从而可得到自旋极化电流。为了制造自旋-电子器件，就应当首先获得磁性半导体。磁性半导体分为铁磁半导体和稀磁(半磁)半导体(DMS)；铁磁半导体中含有磁元素阵列，稀磁半导体是非磁半导体与磁性物质 (过渡金属或稀土金属) 的合金(1~20%磁离子处在替代位置)。

磁电子新技术的实用化，源于纳米磁性材料和纳米制造技术的成功开发。在过去30多年中，对自旋极化输运虽有许多令人鼓舞的想法和实验，但最明显的是在1988年发现的GMR效应，这才是最重要的动力。GMR效应最初是在给金属多层膜（Fe/Cr）面内加电流（CIP）发现的，后来在垂直膜面加电流（CPP）也观察到这种现象。最近，在用绝缘隧穿势垒层隔离的两种金属铁磁薄膜中还观察到室温自旋相关隧道（SDT）效应，其电阻值变化比前者更大。

磁电子学是一门近年飞速发展的新兴学科。对它的研究都可以归纳为对自旋极化电子输运特性的研究。未来的研究方向将在寻找百分之百自旋极化材料、自旋注入技术以及自旋极化输运的基础理论研究中展开。和此同时，还? 磁电子学将开发高效低成本的应用技术及设备仪器。对磁电子学的深入研究必将对物理学和电子技术的发展产生深远的影响；同时对其应用技术及相关设备仪器的开发高新技术产业、国防和人类生活作出重大的贡献。

QMD的基本概念是在非磁性盘基中独立地埋入若干单畴磁性元件，每个元件都有精确规定的形状和预先指定的位置。最重要的是，这些元件有强的磁化。这种磁化和MRAM一样，是不加外磁场的磁化，并且只有两个稳定的状态：数量相等而方向相反的状态。每个单畴元件的磁化方向代表1个二进制信息位“0”或者“1”。根据磁化方向，QMD可以有两种模式：垂直磁化QMD和横向磁化QMD。前者用磁柱，后者用磁条带。这些磁性柱子或条带，采用X射线或电子束平版印刷，辅以反应离子刻蚀而成。最近，还开发出1种高效低成本的nanoimprit lithography印刷术。开关（转换）磁化方向需要的磁场，通过精心设计的元件尺寸和形状来控制。