磁電子學

磁電子學是基於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製的新興學科。它涉及自旋極化。自旋相關散射和隧穿、自旋積累及弛豫、電荷自旋一軌道一晶格間相互作用等強關聯和量子干涉效應，是當今凝聚態物理的重大課題。

傳統的電子器件是以電子的電荷作為信息的載體，信息通過電流來傳導，系統的狀態則以電荷的存在或消失來表徵，而電子的另外一個自由度，即自旋，在過去完全被忽略了。如今，傳統器件的運行速度和存儲密度已經越來越接近其理論極限，人們正致力於探索新的信息處理機制，方向之一就是自旋電子學。自旋電子學（spintronics），又稱為磁電子學（magnetoelectronics），是以電子自旋或核自旋為其核心研究內容。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。

自旋電子學的出現以1988年巨磁阻（Giant Magnetoresistance，GMR，全金屬結構）效應的發現為標誌，如今GMR效應已經在商業上取得巨大的成功，現在的新一代超高密度硬盤的磁頭利用的就是GMR原理。除此之外，磁隨機存儲器（MRAM，金屬/氧化物結構）也有望在將來取代基於CMOS的非揮發性閃存。另一方面，電子自旋也引起了量子計算領域的興趣，電子自旋的天然二元性質，使其成為量子計算的基本單元Qubit的理想選擇。而以上這些實際應用最終能否實現都依賴於對電子自旋的精確控制，依賴於對其基本特性的瞭解。其中關鍵的問題首先就是電子自旋的注入（或產生），然後是自旋極化的輸運。在實際的器件應用中，另外還需要自旋的探測、存儲以及放大。要實現這些功能，各種室温下表現出鐵磁性的金屬當然是理想的選擇，然而，如果這些所有的功能可以在半導體材料中實現，就可利用現成的光電器件工藝來製造新一代的光電器件，這就凸現出DMS材料的重要性。

更多細節可參閲Science在1998年發表的磁電子學奠基性文章Magnetoelectronics - Science ^[1]  。