自旋電子學

硬盤磁頭是自旋電子學領域中，最早商業化的產品。此外，尚有許多充滿潛力的應用，例如磁性隨機內存、自旋場發射晶體管、自旋發光二極管等。 ^[1]  自旋電子學對於構建具有新功能的微電子設備來説非常重要。 ^[4] 

1980年在固態器件中發現了與電子自旋有關的電子輸運現象。開始出現了自旋電子學。

1985年約翰遜和西爾斯比觀察到，鐵磁金屬把極化di電子注如入普通金屬；艾伯特·費爾蒂等和 彼得·格倫伯格發現巨磁電阻效應。還可追溯到梅澤夫和特德羅的鐵磁和超導體隧道實驗，以及1970年的祖利爾（Julliere）磁隧道結。利用半導體作磁電子學器件，可追溯到1990年達它（Datta）和達斯（Das）的理論提議自旋場效應二極管。

1988年，法國科學家Fert小組在[Fe/Cr]週期性多層膜中，觀察到當施加外磁場時，其電阻變化率高達50%，因此稱之為巨磁電阻效應。在反鐵磁耦合的多層膜中，出現巨磁電阻的必要條件就是近鄰磁層中的磁矩相對取向在外磁場的作用下可以發生變化，因此需要很高的外磁場才能觀察到GMR效應，不適合於器件應用。

1995年，在Fe/Al₂O₃/Fe三明治結構中觀察到很大的隧道磁電阻（Tunneling Magnetoresistance， TMR）現象，開闢了自旋電子學的又一個新方向。除了上面提到的磁性多層結構，半導體自旋電子學如磁性半導體，磁性/半導體複合材料，非磁性半導體量子阱和納米結構中的自旋現象以及半導體的自旋注入的研究在GMR發現後也變得十分活躍，極大地豐富了自旋電子學的內容。 ^[1] 

2023年3月，美國研發了一種製造自旋電子器件的突破性工藝，該工藝有可能成為半導體芯片新的行業標準 ^[4]  。

自旋電子中的自旋隨機儲存器的應用前景並不侷限於傳統的計算機存儲體系， 還能夠擴展到其他諸多領域， 甚至有望成為通用存儲器(Universal Memory)。例如， 在發動機控制模塊採用磁隨機儲存器以保證數據在斷電情況下不丟失。鑑於磁性存儲具有抗輻射的優勢， 在A350的飛行控制系統中採用MRAM以防止射線造成數據破壞。

此外， 在物聯網和大數據等新興應用領域， 泛在的傳感器終端需要蒐集數據， 為節省存儲功耗， 使用非易失性存儲器勢在必行， 基於自旋電子學原理的自旋隨機儲存器以其相對優良的性能成為熱門的候選器件。 ^[2] 

自旋注入和檢測是實現自旋電子器件最基本的條件。磁性材料半導體界面的自旋注入是最基本的自旋注入結構作為自旋極化源和檢測的磁性材料電極有鐵磁金屬。磁性半導體和稀磁半導體三種磁性半導體有較高的自旋注入效率。但是磁性半導體，如硫化銪的生長極其困難。因此研究就集中在從稀磁半導體和鐵磁金屬向非磁半導體內的注入稀磁半導體的鐵磁轉變温度遠低於 室温! 雖然理論預測某些材料的鐵磁轉變温度可以高於室温。但是在開發出可以在室温下應用的稀磁半導體之前，鐵磁金屬半導體的接觸仍然是實現從注入自旋操縱到檢測全部電學控制的最有希望的方法。 ^[3]