微纳磁电子学
出版时间:
2020-03
版次:
1
ISBN:
9787030643452
定价:
88.00
装帧:
平装
开本:
16开
页数:
152页
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磁学是一门古老的学科，已有几百年的发展历史。过去磁学主要研究块体的顺磁体和铁磁体，铁磁体也就是永磁体是发电机的关键部件，而顺磁体(软磁材料)是变压器的关键部件。电气化对一个国家的经济有重大意义，因此提高和改进块磁体的性能永远是磁学研究者的责任。另外，近年发展起来的微纳磁体与微电子技术：磁存储器和传感器技术密切相关。磁随机存储器(MRAM)有可能代替半导体存储器，成为新一代的非易失性的存储器。从基础研究的角度看，做 MRAM 的磁性材料虽然还是通常所说的铁磁体，但体积要小多了，是微米甚至纳米尺度。它们和块体材料不同，其中没有磁畴，能够做成单晶。“磁畴”的存在给材料的理论研究带来了困难，所以以往的磁体理论只能是定性的。而微纳磁体是单晶，就可以用一个统一的物理量 M 描述其中的磁化，并且 M 的运动可以用一个宏观方程――LLG 方程描述，使得我们可以像处理半导体中电子态那样，精确地处理微纳磁体中 M 的运动规律。《微纳磁电子学》研究微磁体中的电子学，利用 LLG 方程研究微纳磁体中 M 运动规律的理论和方法，为研制 MRAM 及其他磁电子器件提供理论基础。 目录
《21世纪理论物理及其交叉学科前沿丛书》出版前言
前言
引言 微纳磁电子学 1
0.1 电磁学的发展历史 1
0.2 20世纪磁学的发展 2
0.3 一门新的交叉学科――微纳磁电子学 4
参考文献 5
第1章 微纳磁电子学与磁随机存储器的关系 6
1.1 磁电子学发展到微纳磁电子学 6
1.2 MRAM的定义 7
1.3 各种存储器的比较 9
1.4 MRAM的发展历史 12
1.5 MRAM的基本原理 13
1.6 微纳磁电子学的研究目的 18
参考文献 19
第2章 磁学的一般概念：顺磁性 20
2.1 原子的量子力学 20
2.2 顺磁性的量子理论 21
2.3 磁化 22
2.4 晶格场效应 25
2.5 时间反演对称性和自旋 26
2.6 轨道角动量被自旋-轨道耦合的部分恢复 28
参考文献 33
第3章 铁磁性 34
3.1 铁磁性的外斯模型 34
3.2 铁磁体的基态 36
3.3 自旋波激发 37
3.4 铁磁性的能带理论 40
3.5 铁磁体内的有效内部场 44
3.6 铁磁体中的铁磁共振 46
3.7 影响铁磁共振频率的各种因素 48
参考文献 53
第4章 自旋扭力的物理原理 54
4.1 微纳铁磁体的一些基本物理 54
4.2 自旋输运的二流体模型 59
4.3 自旋流通过铁磁/非磁界面的输运 61
4.4 磁多层中电流驱动的激发 64
4.5 自旋扭力的物理原理 69
4.6 自旋扭力的理论 72
4.7 具有自旋扭力项的修正LLG方程 77
4.8 自旋扭力引起的磁动力学 78
参考文献 81
第5章 微纳磁体中用自旋极化电流控制自旋 82
5.1 具有自旋扭力项的LLG方程 83
5.2 LLG方程的数值计算 84
5.3 计算结果 85
5.3.1 自旋扭力效应 85
5.3.2 电流的效应 86
5.3.3 局域各向异性场的效应 88
5.3.4 阻尼因子α的效应 89
5.3.5 固定层中磁化方向ns的效应 90
5.4 小结 91
参考文献 91
第6章 电场驱动的磁化开关和动力学 92
6.1 电压控制的开关效应 97
6.2 初始磁化的效应 99
6.3 外加磁场的效应 100
6.4 外磁场倾斜角的效应 102
6.5 电场引起的铁磁共振 104
6.6 小结 108
参考文献 108
第7章 铁磁共振的动力学 109
7.1 LLG方程 110
7.2 铁磁共振的性质 111
7.2.1 在不同交变场频率下磁矩的变化 111
7.2.2 磁矩振荡的频谱 113
7.2.3 铁磁共振谱 114
7.2.4 阻尼因子的效应 115
7.2.5 内部各向异性场h1和h2的效应 115
7.2.6 磁场倾斜的效应 117
7.2.7 由自旋电流引起的自旋转移扭力(SST)的效应 118
7.3 小结 119
参考文献 119
第8章 自旋泵和纯自旋流 120
8.1 自旋泵 121
8.1.1 基本方程 122
8.1.2 LLG方程和布洛赫方程 123
8.1.3 铁磁单层/非铁磁体模型 124
8.1.4 自旋流 126
8.2 自旋流的检测 129
8.3 自旋流注入半导体 131
8.4 自旋流的应用――磁化开关 132
参考文献 134
第9章 有限温度的福克尔--普朗克方程处理 135
9.1 简化的福克尔-普朗克方程 135
9.2 计算结果 142
9.2.1 本征值方程的收敛性 142
9.2.2 电流 (I/Ic-1) 的效应 143
9.2.3 内部场 Hk 的效应 144
9.3 有限温度的宏观自旋动力学 145
9.4 开关速度和宏观自旋在自旋扭力下的动力学的简单模型 147
9.5 自旋扭力放大的热激发 149
9.6 应用 150
参考文献 152
《21世纪理论物理及其交叉学科前沿丛书》已出版书目 153
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内容简介:
磁学是一门古老的学科，已有几百年的发展历史。过去磁学主要研究块体的顺磁体和铁磁体，铁磁体也就是永磁体是发电机的关键部件，而顺磁体(软磁材料)是变压器的关键部件。电气化对一个国家的经济有重大意义，因此提高和改进块磁体的性能永远是磁学研究者的责任。另外，近年发展起来的微纳磁体与微电子技术：磁存储器和传感器技术密切相关。磁随机存储器(MRAM)有可能代替半导体存储器，成为新一代的非易失性的存储器。从基础研究的角度看，做 MRAM 的磁性材料虽然还是通常所说的铁磁体，但体积要小多了，是微米甚至纳米尺度。它们和块体材料不同，其中没有磁畴，能够做成单晶。“磁畴”的存在给材料的理论研究带来了困难，所以以往的磁体理论只能是定性的。而微纳磁体是单晶，就可以用一个统一的物理量 M 描述其中的磁化，并且 M 的运动可以用一个宏观方程――LLG 方程描述，使得我们可以像处理半导体中电子态那样，精确地处理微纳磁体中 M 的运动规律。《微纳磁电子学》研究微磁体中的电子学，利用 LLG 方程研究微纳磁体中 M 运动规律的理论和方法，为研制 MRAM 及其他磁电子器件提供理论基础。
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目录:
目录
《21世纪理论物理及其交叉学科前沿丛书》出版前言
前言
引言 微纳磁电子学 1
0.1 电磁学的发展历史 1
0.2 20世纪磁学的发展 2
0.3 一门新的交叉学科――微纳磁电子学 4
参考文献 5
第1章 微纳磁电子学与磁随机存储器的关系 6
1.1 磁电子学发展到微纳磁电子学 6
1.2 MRAM的定义 7
1.3 各种存储器的比较 9
1.4 MRAM的发展历史 12
1.5 MRAM的基本原理 13
1.6 微纳磁电子学的研究目的 18
参考文献 19
第2章 磁学的一般概念：顺磁性 20
2.1 原子的量子力学 20
2.2 顺磁性的量子理论 21
2.3 磁化 22
2.4 晶格场效应 25
2.5 时间反演对称性和自旋 26
2.6 轨道角动量被自旋-轨道耦合的部分恢复 28
参考文献 33
第3章 铁磁性 34
3.1 铁磁性的外斯模型 34
3.2 铁磁体的基态 36
3.3 自旋波激发 37
3.4 铁磁性的能带理论 40
3.5 铁磁体内的有效内部场 44
3.6 铁磁体中的铁磁共振 46
3.7 影响铁磁共振频率的各种因素 48
参考文献 53
第4章 自旋扭力的物理原理 54
4.1 微纳铁磁体的一些基本物理 54
4.2 自旋输运的二流体模型 59
4.3 自旋流通过铁磁/非磁界面的输运 61
4.4 磁多层中电流驱动的激发 64
4.5 自旋扭力的物理原理 69
4.6 自旋扭力的理论 72
4.7 具有自旋扭力项的修正LLG方程 77
4.8 自旋扭力引起的磁动力学 78
参考文献 81
第5章 微纳磁体中用自旋极化电流控制自旋 82
5.1 具有自旋扭力项的LLG方程 83
5.2 LLG方程的数值计算 84
5.3 计算结果 85
5.3.1 自旋扭力效应 85
5.3.2 电流的效应 86
5.3.3 局域各向异性场的效应 88
5.3.4 阻尼因子α的效应 89
5.3.5 固定层中磁化方向ns的效应 90
5.4 小结 91
参考文献 91
第6章 电场驱动的磁化开关和动力学 92
6.1 电压控制的开关效应 97
6.2 初始磁化的效应 99
6.3 外加磁场的效应 100
6.4 外磁场倾斜角的效应 102
6.5 电场引起的铁磁共振 104
6.6 小结 108
参考文献 108
第7章 铁磁共振的动力学 109
7.1 LLG方程 110
7.2 铁磁共振的性质 111
7.2.1 在不同交变场频率下磁矩的变化 111
7.2.2 磁矩振荡的频谱 113
7.2.3 铁磁共振谱 114
7.2.4 阻尼因子的效应 115
7.2.5 内部各向异性场h1和h2的效应 115
7.2.6 磁场倾斜的效应 117
7.2.7 由自旋电流引起的自旋转移扭力(SST)的效应 118
7.3 小结 119
参考文献 119
第8章 自旋泵和纯自旋流 120
8.1 自旋泵 121
8.1.1 基本方程 122
8.1.2 LLG方程和布洛赫方程 123
8.1.3 铁磁单层/非铁磁体模型 124
8.1.4 自旋流 126
8.2 自旋流的检测 129
8.3 自旋流注入半导体 131
8.4 自旋流的应用――磁化开关 132
参考文献 134
第9章 有限温度的福克尔--普朗克方程处理 135
9.1 简化的福克尔-普朗克方程 135
9.2 计算结果 142
9.2.1 本征值方程的收敛性 142
9.2.2 电流 (I/Ic-1) 的效应 143
9.2.3 内部场 Hk 的效应 144
9.3 有限温度的宏观自旋动力学 145
9.4 开关速度和宏观自旋在自旋扭力下的动力学的简单模型 147
9.5 自旋扭力放大的热激发 149
9.6 应用 150
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