一、名词解释
1、自旋极化率
自旋极化率是指在一定条件下让电子、原子核等带电粒子的自旋方向都朝向某一个特定的方向排列，从而产生产生磁性的几率。

它在数值上等于自旋向上的电子数目减去自旋向下的电子数目除以总的电子数，是一个小于等于100%的数值
2、自旋相关散射
“自旋相关散射”：在铁磁层体内或者铁磁层/非磁层界面，电子受到的散射强度因其自旋方向不同而不同
3、巨磁电阻效应
巨磁阻效应是指当铁磁性材料和非磁性金属层交替组合成的材料在足够强的磁场中时电阻突然巨幅下降的现象。

如果相邻材料中的磁化方向平行的时候，电阻会变得很低；而当磁化方向相反的时候电阻则会变得很大。

电阻值的这种变化是由于不同自旋的电子在多层膜材料中散射性质不同而造成的。

4、自旋阀
自旋阀多层膜的基本结构有铁磁（自由）层/非磁性金属层/铁磁（钉扎）层/反铁磁层组成。

自旋阀不是通过非磁层的中介，而是人为(外施磁场) 实现相邻磁层磁序的变化，同样可以获得巨磁电阻，即两个磁性层方向相同时自旋阀处于低阻态，反平行时处于高阻态
5、隧道磁电阻
磁性隧道结（MTJ）是由金属铁磁体和绝缘体交替组成的纳米多层结构，有效的结构常为三层，即铁磁金属/绝缘层/铁磁金属。

电流垂直于膜面，电子的波动性使电子发生隧穿效应而导电。

通常，当两铁磁层的磁化强度方向反平行排列是MTJ为高阻态，两铁磁层的磁化强度为平行排列时，MTJ的电阻下降至饱和，其磁电阻称为隧道结磁电阻。

6、自旋积累
当电流流经铁磁金属时形成自旋极化电流。

这也意味着，当电流从FM层通过欧姆接触的界面流进顺磁金属(PM)时也是自旋极化的，称为：”自旋积累”.自旋积累的大小取决于FM/PM界面上自旋注入率和spin flip率
7、自旋扩散长度
自旋积累在一个长度范围内呈指数衰减，这个长度称为“自旋扩散长度”,
8、自旋角动量转移效应
自旋角动量转移效应是巨磁阻效应的逆效应。

是指当自旋极化电流流过纳米尺寸的铁磁薄膜或金属磁性多层膜中时，极化电流与多层膜中的散射会带来由极化电子到铁磁薄膜磁矩的自旋角动量转移，从而对铁磁薄膜磁矩产生自旋矩，引起铁磁薄膜磁矩的不平衡，使之发生转动，进动甚至使磁化方向翻转，即电流改变磁化。

9、自旋晶体管
基于自旋极化输运、自旋弛豫、自旋在非磁金属内的积累效应以及由此感生的非平衡磁化和化学势的相对位移，1993年Johnson提出了自旋晶体管的设想。

自旋晶体管的结构是由一个铁磁金属膜（发射极）、一层厚度小于自旋扩散长度的非磁金属膜（基极）和另一个铁磁金属膜（接收极）组成的“铁磁金属/非磁金属/铁磁金属”三明治结构。

它具有双极性自旋开关特性，形式上类似于电流垂直膜面的自旋阀结构，它和传统的晶体管有几乎完全不同的工作机制。

10、交换偏置效应
铁磁/反铁磁体系在外磁场中从高于反铁磁奈尔温度冷却到低温后，铁磁磁滞回线将沿磁场轴偏离坐标原点，其偏离量被称为交换偏置场，并常伴随着矫顽力的增大，这一现象被称为交换偏置效应
11、半金属
半金属具有特殊的电子结构，它的一个自旋次带费米面没有电子态，为绝缘体或半导体的性质，而另一个自旋次带费米面有电子态，为金属性质，即费米面上只有一种自旋的电子态，故称为半金属。

半金属兼具导体和绝缘体（或半导体）的性质，自旋极化率可高达100%。

12 隧道（穿）效应
对于能量低于势垒的粒子，其穿透势垒的透射率一般不为零，它与势垒宽度a有关，也与势垒高度和总能量差(U0－E )有关。

这种在粒子总能量低于势垒的情况下，粒子能穿过势壁甚至穿透一定宽度的势垒而逃逸出来的现象称为隧道（穿）效应。

二、简答题
1、纳米磁性多层膜中，请根据mott二流体模型解释巨磁阻效应的产生机制
（1936年, Mott将二流体模型扩展到铁磁性金属。

认为 T<<Tc时,两种电子之间的
“自旋翻转”可以忽略。

近似地，总电阻是独立的两种自旋电子流的电阻值。

ρ＝（ρ↑×ρ↓）/（ρ↑＋ρ↓）。

铁磁金属的Fermi面附近，s－与d－电子共存，散射几率“自旋极化”。

当自旋电子在纳米磁性多层膜中输运时，其所受到的散射强度会因为其自旋方向的不同而不同，这叫做电子的自旋相关散射，它是产生巨磁阻效应的根本原因。

在磁性多层膜中，当相邻铁磁层的磁化强度矢量反平行排列时，无论是自旋向上还是自旋向下电子，都会遭受较强的散射，因此总体来说，系统的电阻较高。

而当相邻铁磁层的磁化强度矢量平行排列时，一个自旋态的电子遭受很强的散射，但是另一个自旋态的电子却受到非常弱的散射，相当于构成了一个短路，因此总体来说系统为低电阻态。

所以，通过外加磁场改变铁磁性的磁化状态，就可以得到磁阻的巨大变化，这就是巨磁电阻效应。

2、隧道结的基本结构是什么?简述其磁电阻效应的唯象解释
（1）磁隧道结的基本结构中, 上下两层为铁磁材料ＣｏＦｅ、Ｃｏ或ＮｉＦｅ，中间是绝缘势垒层Ａｌ２Ｏ３。

这种结构的器件在电偏置条件下，电子电流可
以通过隧穿效应穿过势垒层，而此时电子电流的大小依赖于铁磁薄膜的磁化
方向，因此它是一种磁阻器件。

（2）由磁场引起电阻变化的现象称为磁致电阻或磁电阻效应。

在铁磁体中，由于外磁场的作用而导致的电阻机制有很多种，其中包括：Ordinary
magnetoresistance (OMR)－普通磁电阻，Anisotropic magnetoresistance
(AMR)－各项异性，Giant magnetoresistance (GMR)－巨磁电阻（巨磁阻），
Tunneling magnetoresistance (TMR)－隧道磁电阻，Ballistic
magnetoresistance (BMR)－弹道磁电阻，Colossal magnetoresistance (CMR)
－庞磁电阻。

GMR效应可以用在自旋阀器件，TMR效应可以用于制作磁隧道节
（MTJ），CMR效应对载流子有强自旋极化作用，BMR效应与TMR效应近似。

3、如何获得磁性半导体材料？在实验上如何排除不合格的磁半导体材料？
（1）在半导体中进行过渡金属掺杂, 其关键是实现阳离子替代掺杂.
（2）XRD －分析是否有杂相和其他化合物出现
XPS, HRTEM—检测是否有掺杂离子或团簇的析出
MCD－直接判断是否形成阳离子替位式掺杂。