【教學(xué)大綱】磁電子學(xué)材料與器件

《磁電子學(xué)材料與器件》課程教學(xué)大綱課程名稱：磁電子學(xué)材料與器件課程類別：選修課適用專業(yè)：材料化學(xué)考核方式：考查總學(xué)時(shí)、學(xué)分：32學(xué)時(shí)、2學(xué)分一、課程教學(xué)目的通過(guò)學(xué)習(xí)《磁電子學(xué)材料與器件》使學(xué)生理解電子的電荷和自旋兩個(gè)基本秉性；了解磁電子學(xué)的發(fā)展歷程，掌握各種磁電阻效應(yīng)的基本原理以及相關(guān)器件應(yīng)用；掌握自旋轉(zhuǎn)移力矩及自旋軌道耦合的基本概念原理及應(yīng)用；了解霍爾效應(yīng)的發(fā)展歷史以及自旋霍爾效應(yīng)的應(yīng)用，并初步理解其產(chǎn)生機(jī)制和基本理論。能基于磁電子學(xué)原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并科學(xué)解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考解決問(wèn)題的能力。二、課程教學(xué)要求通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)磁電子學(xué)的發(fā)展歷程有一定的認(rèn)識(shí)，掌握自旋相關(guān)的基本概念，了解各種磁電阻效應(yīng)的原理以及自旋霍爾效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制等，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)自旋輸運(yùn)與器件相關(guān)課程以及從事磁性材料科學(xué)研究打下一定基礎(chǔ)。三、先修課程學(xué)生學(xué)習(xí)完《材料物理導(dǎo)論》、《普通物理》和《無(wú)機(jī)化學(xué)》以后開設(shè)本課程。四、課程教學(xué)重、難點(diǎn)本課程重點(diǎn)介紹各種磁電阻效應(yīng)、磁性半導(dǎo)體、自旋轉(zhuǎn)移力矩、自旋霍爾效應(yīng)以及器件單元應(yīng)用。本課程難點(diǎn)是磁電阻效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制，自旋轉(zhuǎn)移力矩的原理以及自旋霍爾效應(yīng)驅(qū)動(dòng)磁化翻轉(zhuǎn)機(jī)制。五、課程教學(xué)方法與教學(xué)手段教學(xué)方法：課程講授中采用啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；增加討論課，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性；講課要聯(lián)系實(shí)際并注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。教學(xué)手段：在教學(xué)中采用板書、電子教案及多媒體教學(xué)等相結(jié)合的教學(xué)手段，以確保全面、高質(zhì)量地完成課程教學(xué)任務(wù)。六、課程教學(xué)內(nèi)容第1章巨磁電阻效應(yīng)與器件（6學(xué)時(shí)）1．教學(xué)內(nèi)容(1)巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)；(2)巨磁電阻效應(yīng)的理論模型以及應(yīng)用；(3)磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM）和硬盤讀頭工作原理。2．重、難點(diǎn)提示(1)教學(xué)重點(diǎn)：巨磁電阻效應(yīng)的定義和理論模型；巨磁電阻應(yīng)用類型；(2)教學(xué)難點(diǎn)：二流體模型和磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的工作原理。第2章磁性隧道結(jié)及隧穿磁電阻效應(yīng)（4學(xué)時(shí)）1．教學(xué)內(nèi)容(1)磁性隧道結(jié)發(fā)展歷程以及隧穿磁電阻效應(yīng)；(2)基于不同勢(shì)壘材料的磁性隧道結(jié)以及磁性隧道結(jié)中常用電極材料；(3)雙勢(shì)壘磁性隧道結(jié)；(4)磁性隧道結(jié)中的物理效應(yīng)。2．重、難點(diǎn)提示(1)教學(xué)重點(diǎn)：隧穿磁電阻定義及原理；隧道結(jié)中勢(shì)壘層和電極材料的選擇；(2)教學(xué)難點(diǎn)：庫(kù)侖阻塞效應(yīng)；量子共振隧穿效應(yīng)。第3章磁性顆粒膜中的磁電阻效應(yīng)（4學(xué)時(shí)）1．教學(xué)內(nèi)容(1)磁性顆粒膜中的超順磁性及判斷依據(jù)；(2)金屬/金屬型和金屬/絕緣體型磁性顆粒膜的磁電阻效應(yīng)。2．重、難點(diǎn)提示(1)教學(xué)重點(diǎn)：磁性顆粒膜中的超順磁性和磁電阻效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)制；(2)教學(xué)難點(diǎn)：磁性顆粒膜中超順磁性的判斷依據(jù)。第4章鈣鈦礦錳氧化物中龐磁電阻效應(yīng)（6學(xué)時(shí)）1．教學(xué)內(nèi)容(1)鈣鐵礦結(jié)構(gòu)錳氧化物的龐磁電阻效應(yīng)及產(chǎn)生機(jī)制；(2)龐磁電阻錳氧化物的制備、物理性質(zhì)及器件應(yīng)用。2．重、難點(diǎn)提示(1)教學(xué)重點(diǎn)：鈣鐵礦結(jié)構(gòu)錳氧化物龐磁電阻產(chǎn)生機(jī)制及材料制備技術(shù)；(2)教學(xué)難點(diǎn)：鈣鐵礦結(jié)構(gòu)錳氧化物龐磁電阻產(chǎn)生機(jī)制。第5章氧化物磁性半導(dǎo)體及應(yīng)用（4學(xué)時(shí)）1．教學(xué)內(nèi)容(1)氧化物磁性半導(dǎo)體概念和高居里溫度特性；(2)氧化物磁性半導(dǎo)體的制備方法和表征方法；(3)氧化物磁性半導(dǎo)體中磁電阻效應(yīng)及應(yīng)用。2．重、難點(diǎn)提示(1)教學(xué)重點(diǎn)：氧化物磁性半導(dǎo)體高居里溫度和制備技術(shù)；(2)教學(xué)難點(diǎn)：氧化物磁性半導(dǎo)體中磁電阻效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)制。第6章自旋軌道耦合效應(yīng)和自旋轉(zhuǎn)移力矩（4學(xué)時(shí)）1．教學(xué)內(nèi)容(1)自旋軌道耦合和自旋轉(zhuǎn)移力矩的理論基礎(chǔ)；(2)自旋轉(zhuǎn)移力矩驅(qū)動(dòng)的多層膜磁化動(dòng)力學(xué)(3)納米器件單元中的自旋積累和自旋極化流。2．重、難點(diǎn)提示(1)教學(xué)重點(diǎn)：自旋軌道耦合和自旋轉(zhuǎn)移力矩的概念和公式推導(dǎo)；(2)教學(xué)難點(diǎn)：磁化動(dòng)力學(xué)方程的物理意義和求解。第7章自旋霍爾效應(yīng)和磁化翻轉(zhuǎn)（4學(xué)時(shí)）1．教學(xué)內(nèi)容(1)霍爾效應(yīng)和自旋霍爾效應(yīng)，自旋霍爾角的定義；(2)磁性多層膜中純自旋流的磁化翻轉(zhuǎn)及影響因素；(3)自旋轉(zhuǎn)移力矩和自旋軌道轉(zhuǎn)矩的區(qū)別及應(yīng)用。2．重、難點(diǎn)提示(1)教學(xué)重點(diǎn)：自旋霍爾效應(yīng)和自旋流磁化翻轉(zhuǎn)過(guò)程；(2)教學(xué)難點(diǎn)：自旋流磁化翻轉(zhuǎn)機(jī)制和臨界電流密度影響因素。七、學(xué)時(shí)分配章目教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)理論教學(xué)學(xué)時(shí)一巨磁電阻效應(yīng)與器件6二磁性隧道結(jié)及隧穿磁電阻效應(yīng)4三磁性顆粒膜中的磁電阻效應(yīng)4四鈣鈦礦錳氧化物中龐磁電阻效應(yīng)6五氧化物磁性半導(dǎo)體及應(yīng)用4六自旋軌道耦合效應(yīng)和自旋轉(zhuǎn)移力矩4七自旋霍爾效應(yīng)和自旋流磁化翻轉(zhuǎn)4總計(jì)32八、課程考核方式1.考核方式：筆試；開卷。2.成績(jī)構(gòu)成試卷成績(jī)。九、選用教材和參考書目［1］《自旋電子學(xué)導(dǎo)論》，韓秀峰等編著，科學(xué)出版社，2014年；［2］《自旋電子學(xué)》，翟宏如等著，科學(xué)出版社；2012年；［3］《磁電子學(xué)》，焦正寬等著，浙江大學(xué)出版社，2005年。［4］《HYPERLINK"/link?url=EfHwrSS2zInsZlVuozPS_LfV3oodvC