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，从而产生磁性的几率。

定义在非相对论量子力学中，电子自旋是作为实验事实接受的，其量子数为1/2，是电子的一个内禀自由度，即是说在极化时，电子的空间取向可有两种； 在相对论量子力学中，电子的自旋可由Dirac方程直接给出，可以看作是一种相对论效应 。1

相关描述电子同时具有电荷和自旋(磁矩)两种属性是人所共知的。电子在导体中运动产生电流，对半导体价电子的调制发展起来的晶体管器件，这些都是人们非常熟悉的，是利用了电子电荷属性。电子的自旋属性鲜为人知，这是因为自旋磁矩是有方向性的，通常情况下电子运动过程中自旋的方向是混乱的，显示不出自旋的属性。电子在流动过程中自旋能保持向上或向下的电流称为极化自旋电流，极化自旋电流能保持的输运长度称为自旋扩散长度。2

应用1.研究自旋电子材料，获得用氧化铝为势垒层的磁性隧道结材料室温磁电阻高达80%，镜面反射自旋阀室温下GMR为13%；探索了新型磁性半导体材料和高自旋极化率材料的新现象；用量子力学方法对一些物理问题建立相关理论。

2.完成16×16MRAM原理芯片的研制。

3.研制出具有自主知识产权的磁性环形隧道结及其在新型 MRAM原理型器件上的应用，该环形隧道结采用电流驱动模式，具有环形磁路封闭漏磁小、驱动电流小、低功耗等优点，可能成为下一代MRAM的优选结构。

4.发现高自旋极化率材料的电致各向异性电阻现象，有可能成为基于新原理的信息存储器件。

5.研制出有自主知识产权的新一代反铁磁材(CrMn)Pt，具有替代现有反铁磁材料的前景；

6.双势垒隧道结的研究成果，推动了磁逻辑元器件和自旋晶体管的研究。

7.研制的四类磁传感器，将推动相关产业的技术进步。

8.建立起自旋电子学研究平台，成功制备出同时具有铁磁性和半导体特性的磁性超薄膜材料，实现自旋电子材料在纳米尺度下的可控生长和磁性调控。

9.量子信息编码，要求左右旋电子运动规律有显著的区别，通过自旋极化，使各种光子产生单一的状态，包括电子自旋态辨识和量子信息编码。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所