本书从实用性和先进性出发，较全面地介绍自旋电子材料与器件的基本理论和主要应用。全书共6章，主要内容包括：磁学基础、磁阻效应与器件、自旋动力学、自旋存储器、磁电耦合材料与器件、磁传感器等。本书提供配套电子课件PPT、习题参考答案等。
刘明，国家级特聘教授，享受国务院政府特殊津贴专家，陕西省科技创新团队带头人。西安交通大学电子科学与工程学院院长、研究生院副院长，精密微纳制造技术全国重点实验室及电子陶瓷与器件教育部重点实验室副主任。长期从事磁存储器、磁传感器专用材料及芯片，可穿戴柔性电子器件及生物传感器件研究。以第一/通讯作者在Science，Nat. Commun.，Adv. Mater.等国际期刊发表SCI论文280余篇，被引用10000余次。自2019年连续入选科睿唯安高被引学者，主持编写英文专著一部，申请/授权发明专利80余项。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委重点项目等国家级项目多项。获国家级教学成果奖二等奖、宝钢优秀教师奖、陕西省科学技术奖一等奖。
第1章 磁学基础 1
1.1 电流与磁场 1
1.2 原子的磁性 4
1.2.1 电子轨道磁矩 4
1.2.2 电子自旋磁矩 5
1.2.3 原子的总磁矩 6
1.3 物质的宏观磁性 7
1.3.1 抗磁性材料 8
1.3.2 顺磁性材料 9
1.3.3 铁磁材料 11
1.4 磁各向异性 16
1.4.1 形状各向异性 16
1.4.2 磁晶各向异性 19
1.4.3 磁弹各向异性与磁致伸缩 24
1.4.4 感生各向异性 27
1.4.5 垂直各向异性 29
1.5 磁畴与畴壁 36
1.5.1 磁畴的分类 37
1.5.2 畴壁的分类 39
1.5.3 磁畴的稳定性与超顺磁性 43
1.5.4 磁泡 44
1.6 习题1 47
1.7 参考文献 47
第2章 磁阻效应与器件 49
2.1 正常霍尔效应与反常霍尔效应 50
2.2 各向异性磁阻（AMR）效应 52
2.2.1 AMR的发现 52
2.2.2 典型AMR薄膜体系 53
2.2.3 典型AMR器件与应用 54
2.3 巨磁阻（GMR）效应 56
2.3.1 GMR的发现 56
2.3.2 GMR理论模型 58
2.3.3 层间交换耦合作用 59
2.3.4 自旋阀结构 60
2.3.5 颗粒膜GMR效应 61
2.4 隧穿磁阻（TMR）效应 62
2.4.1 TMR的发现 62
2.4.2 TMR简单理论模型 65
2.4.3 相干TMR模型 68
2.4.4 基于MgO势垒的磁隧道结 72
2.4.5 其他磁隧道结 74
2.5 庞磁阻（CMR）效应 76
2.6 习题2 79
2.7 参考文献 79
第3章 自旋动力学 82
3.1 磁动力学方程 82
3.1.1 电流翻转磁矩理论 82
3.1.2 自旋流翻转磁矩理论 86
3.2 自旋流的产生与探测 89
3.2.1 自旋极化流 89
3.2.2 纯自旋流 90
3.2.3 自旋流的探测 96
3.2.4 反常自旋霍尔效应（铁磁材料） 98
3.3 自旋力矩效应 100
3.3.1 自旋转移力矩效应 101
3.3.2 自旋轨道力矩效应 105
3.4 习题3 109
3.5 参考文献 110
第4章 自旋存储器 115
4.1 磁随机存储器简介 115
4.1.1 磁随机存储器的发展历史 115
4.1.2 磁随机存储器的主要分类 117
4.2 磁随机存储器的工作原理 118
4.2.1 保存信息 118
4.2.2 信息读取 121
4.3 FIELD-MRAM 122
4.3.1 磁场写入原理 123
4.3.2 Toggle-MRAM的商业应用 127
4.4 STT-MRAM 128
4.4.1 STT-MRAM的工作原理 128
4.4.2 STT-MRAM的发展历程 130
4.4.3 STT-MRAM的应用与展望 133
4.5 SOT-MRAM 134
4.5.1 SOT-MRAM的工作原理 135
4.5.2 SOT-MRAM的发展历程 137
4.6 其他MRAM相关技术 143
4.6.1 VCMA与ME 143
4.6.2 热辅助 145
4.7 MRAM的应用 147
4.7.1 MRAM在国际半导体技术蓝图中的规划 147
4.7.2 MRAM与其他RAM的对比 148
4.8 习题4 150
4.9 参考文献 151
第5章 磁电耦合材料与器件 156
5.1 磁电耦合效应 156
5.1.1 多铁性简介 156
5.1.2 多铁性材料中的磁电耦合 160
5.2 单相多铁性材料与器件 164
5.2.1 单相多铁性材料的分类 164
5.2.2 BiFeO3基多铁性材料 168
5.2.3 其他单相多铁性材料 173
5.3 磁电复合材料与器件 174
5.3.1 “铁磁/铁电”型磁电复合材料 174
5.3.2 “铁磁/电解质”型磁电复合材料 184
5.3.3 基于磁电复合材料的器件应用 185
5.4 小结 186
5.5 习题5 187
5.6 参考文献 187
第6章 磁传感器 192
6.1 磁传感器的基本原理 192
6.1.1 霍尔传感器 192
6.1.2 各向异性磁阻传感器 196
6.1.3 GMR磁传感器 199
6.1.4 隧穿磁阻传感器 210
6.1.5 磁电传感器 215
6.2 磁传感器的应用 228
6.3 习题6 229
6.4 参考文献 230
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