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电子既有电荷又有自旋。以电子电荷为基础的微电子学在二十世纪取得了巨大成功,但是在传统的微电子器件中,电子的自旋却一直被人们忽视,电子只被看成电荷的载体,不同数目的电子或空穴丰富了半导体材料的输运特性。金属自旋阀中巨磁电阻(giantmagnetoresistance,GMR)和隧穿磁电阻(tunnelingmagnetoresistance,TMR)效应的发现引发了磁存储和磁记录领域的革命,并由此产生了围绕电子自旋的控制、输运、测量等的一门全新的学科——自旋电子学(Spintronics)。电子自旋注入和相关的输运过程是当前感兴趣和广泛被研究的课题。由此人们设计出自旋电子器件,利用电子的电荷和自旋来进行信息的传输和存储,这会大大提高现有电子器件的工作速度和效率。利用电子的自旋还可能制备出具有全新物理性能的半导体电子器件,甚至实现量子存储和量子计算。二十世纪九十年代起传统自旋阀已经在计算机中获得了广泛的应用。法国物理学家阿尔贝·费尔(AlbertFert)和德国物理学家彼得·格伦贝格(PeterGünberg)因发现GMR效应而获得了2007年诺贝尔物理学奖。
本文主要基于Slonczewski的自由电子近似理论和一些合理的假设,利用自旋翻转以及转移矩阵的方法计算了对铁磁体/有机体/铁磁体三明治结构的隧穿磁电阻进行了研究。进一步利用此方法计算了铁磁层/有机层/绝缘层/铁磁层磁性多层结构的隧穿磁电阻(TMR)。通过该理论模型,本文计算了此隧道结的隧穿磁电阻,在高过滤因子和低过滤因子下,其随有机层厚度的变化以及绝缘层厚度对TMR的影响。计算结果表明通过选择合适的过滤因子和绝缘层的厚度可获得大的TMR。而且,从计算结果还可以看出随着有机层势垒的增加,TMR将增大。我们的计算结果对有机自旋注入、输运以及设计新的有机自旋电子器件有一定的指导意义。