自旋電子學

自旋电子学（Spintronics），一个混成词，意思是“自旋输运电子学”），也被称为spinelectronics或fluxtronics，是除了基本的电子电荷之外，在固态电子器件中电子内在自旋的及其关联磁矩的研究。
自旋电子学与更旧的磁电子学的不同之处在于旋转是既被磁场又被电场这两个场操纵。
自旋电子学是利用创新的方法，来操纵电子自旋自由度的科学，是一种新兴技术。应用于自旋电子学的材料，需要具有较高的电子极化率，以及较长的电子松弛时间。许多新材料，例如磁性半导体、半金属等，近年来被广泛的研究，以求能有符合自旋电子元件应用所需要的性质。

历史

自旋电子学是从1980年代在关于固态器件自旋相关的电子输运现象的发现中出现了。这包括由Johnson和Silsbee于1985年观测到自旋极化电子从铁磁金属中注入到普通金属，和独立地由阿尔贝·费尔（Albert Fert）等人，和彼得·格林贝格（Peter Grünberg）等人于1988年发现的巨磁阻效应。自旋电子学的起源可以追溯到Meservey和Tedrow开创的铁磁/超导隧道实验以及Julliere在1970年代对磁隧道结的初步实验。 半导体在自旋电子学中的应用始于1990年达塔(Datta)和Das的自旋场效应晶体管的理论提议，以及拉什巴(Rashba)在1960年的电偶极子自旋共振的理论提议。
2012年，IBM科学家创造了持续旋转同步电子，持续时间超过1纳秒。 这是迄今为止结果的大约30倍，并且持续时间比现代处理器的时钟周期更长。 这为利用电子旋转进行信息处理的研究开辟了一条新途径。

自旋电子逻辑器件

用于实现扩展的非易失性自旋逻辑器件正在被广泛研究。 使用自旋和磁铁进行信息处理的自旋转移，并基于扭矩的逻辑设备已经被提出了。这些设备是国际半导体技术发展蓝图(ITRS)探索路线图的一部分。 逻辑内存应用程序已经处于开发阶段。 2017年的评论文章可以在《今日材料》(Materials Today)中找到。

应用

硬盘的磁头是自旋电子学领域中，最早商业化的产品。此外，尚有许多充满潜力的应用，例如磁性随机存储器（MRAM）、自旋场发射晶体管、自旋发光二极管等。
摩托罗拉公司基于单个磁性隧道结开发了第一代256Kb磁性随机存储器（MRAM），以及读/写周期小于50纳秒的单个晶体管。Everspin公司已经开发出了4 Mb版本。第二代的MRAM技术正在开发中：热辅助切换（TAS） 和自旋转矩转矩（STT）。
另一种设计是赛道内存（Racetrack memory），在铁磁线的畴壁之间的磁化方向编码信息。
磁传感器可以使用GMR效应。

基于半导体的自旋电子器件

掺杂的半导体材料显示稀释的铁磁性。 近年来，稀磁氧化物（DMOs）包括ZnO基DMOs和TiO2基DMOs已成为众多实验和计算研究的主题。 非氧化物铁磁半导体源（如锰掺杂的砷化镓GaMnAs），增加了与隧道势垒的界面电阻，或使用热电子注入。

应用

采用自旋极化的电子注入的应用已经显示门限电流降低和可控的圆偏振光相干光输出。例子包括半导体激光器。未来的应用可以包括基于自旋晶体管具有超过MOSFET器件的优势，例如陡峭的亚阈值斜率。