基本介紹
- 中文名：隧穿磁阻效應
- 外文名：Tunneling magnetoresistance effect
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：自旋電子學
- 又稱：穿隧磁阻效應
- 特點：穿隧電阻隨鐵磁材料相對方向變化
定義,隧穿磁電阻,研究進展,量子隧穿,介觀體系中的隧穿磁阻效應,
定義
隧穿磁電阻
隨著現代科學技術的發展，磁電子學作為一門新興的交叉學科應運而生，並在磁學與微電子學的基礎之上形成了一套較為完整的體系。磁學主要研究具有交換作用的電子自旋系統的磁行為，而微電子學是研究半導體中數目不等的電子和空穴的輸運特性。電子既是電荷的負載體，同時也是自旋的負載體，磁電子學以研究和控制介觀尺度範圍內自旋極化電子的輸運特性為內容，而磁電阻效應是磁電子學中的重要的研究內容，它是研製、開發新型讀出磁頭、感測器及磁隨機存儲器（MRAM）的理論基礎。所謂磁電阻效應是指磁場作用下材料電阻的相對改變，其傳統定義為：
其中，R（0）和R（H）分別為零場和外加磁場作用下材料的電阻值。己被研究的磁性材料的磁電阻效應可分為內稟和外稟兩大類。
研究進展
各種類型磁電阻效應的發現大大推動了磁電子學的發展，並使磁電子學以驚人的速度從基礎研究進入實際套用，給電子技術帶來了日新月異的變化，引發了電子學和信息學的革命，無論是高密度讀出磁頭還是磁隨機存儲器都與傳統的半導體電子器件工作原理不同。從1971年利用鐵磁金屬的各向異性磁電阻效應來製作磁碟系統的讀出磁頭的構想，到1985年IBM公司在3480磁帶機上套用了AMR的讀出磁頭只用了十幾年的時間，此後磁電子學的套用領域不斷拓展，1994年，IBM公司宣布成功研製出讀出磁頭為自旋閥結構（spin-valve）的硬碟驅動器，可獲得
的計算機硬碟面密度，1995年達到
。1997年IBM和Honeywell公司首台磁隨機存儲器（MRAM）誕生，標誌著信息存儲技術進入了一個新的發展階段。
量子隧穿
量子隧穿不僅是量子力學中最神奇的現象之一，而且也是自然界中最基本、最重要的過程之一。通過量子隧穿，微觀粒子可以透過經典粒子不能通過的區域。在已經成熟的量子理論中，我們似乎對量子隧穿過程有了很好的解釋。在初等的量子力學教科書中，給出了粒子隧穿勢壘的幾率計算；在眾多領域中，量子隧穿現象可被觀察到；甚至量子隧穿已經成為眾多元器件工作的物理基礎，例如隧道二極體。然而，有關量子隧穿過程的時間問題仍然沒有澄清，其可能的超光速傳輸特性令人振奮，但也讓人迷惑不解。自從1932年MacColl首次提出這一問題以來，一直就是人們爭論的焦點。量子力學中，由於時間是一個參數而不是一個力學量算符，因此傳統的量子理論不能夠給出一個明確的答案，於是人們就設法定義一種物理時間來描述量子隧穿過程。己經有許多量子隧穿時間的定義，這些理論所預言的結果各不相同，甚而相互矛盾。有的理論表明量子隧穿過程是超光速的，有些則稱不是超光速的。這一問題的解決不僅是基礎理論的需要，而且對於研究開發依賴於量子隧穿機制工作的半導體器件意義更是重大。
介觀體系中的隧穿磁阻效應
選取了具有重要套用價值和基礎理論研究意義的半導體異質結結構（鐵磁/半導體/鐵磁異質結）以及介觀AC環作為研究對象，採用一維波導理論的方法對其中的電子自旋極化輸運現象和量子隧穿時間進行了較為細緻的研究。
考慮界面勢壘以及Rashba和Dresselhaus兩種自旋軌道耦契約時存在時，研究了自旋極化電子通過鐵磁/半導體/鐵磁體(F/S/F)異質結引起的自旋翻轉和隧穿磁電阻效應。結果顯示在一定的鐵磁/半導體界面勢壘高度時可以實現隧穿電子的自旋翻轉，而且電子的透射幾率隨自旋軌道禍合強度的變化成現出單一的共振窄峰，Rashba項不僅可以導致更大的磁電阻而且可以使得通過改變兩端鐵磁體磁化方向的夾角實現磁電阻的正負轉變，並使得磁電阻的絕對值關於
不再對稱。
還研究了自旋極化電子通過兩端連線鐵磁電極的介觀AC環的情況，發現可以通過調節電場的大小和方向來控制不同自旋電子的透射幾率。在大的電場傾角情況下，隧穿磁電阻TMR隨電場大小a的增大逐漸由正值變化為負值。而如果固定電場大小，隧穿磁電阻隨著電場傾角x的變化可以出現正負值的交替變換。
