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垂直磁异质结构中自旋力矩相关的磁电输运性质研究的任务书
任务书
题目：垂直磁异质结构中自旋力矩相关的磁电输运性质研究
一、研究背景和意义
随着晶体管器件的微缩，其性能日益接近物理极限，这促使开发新型电子器件，以实现更高的集成度和更低的功耗。自旋电子学作为发展新型电子器件和赋予电子器件新的功能的重要方向，正得到广泛关注。磁电输运现象作为自旋电子学的核心领域之一，因其展现了电子自旋自由度与电荷自由度的耦合，正被广泛研究。
垂直磁异质结构是磁电输运研究中常用的材料结构，它由一个顶部透磁层和一个底部磁性层相邻组成。在外加电场的作用下，顶部透磁层中的自旋极化电子将沿着纵向方向传输，并在顶部透磁层与底部磁性层的交界面处被反射。这些反射的自旋极化电子会在顶部透磁层中引起自旋转动力矩，从而控制底部磁性层的磁化状态。因此，研究垂直磁异质结构中自旋力矩相关的磁电输运性质对于实现电子器件功能的控制具有重要意义。
二、研究内容和目标
1.垂直磁异质结构中自旋力矩相关的磁电输运的现象和机制研究。
2.利用自旋电子学理论和第一性原理计算方法，分析自旋力矩的作用机理，建立理论模型，解释自旋力矩和电子输运性质之间的关系。
3.通过实验验证理论模型的准确性和分析体系中的磁电输运性质。采用倒霍尔效应测量自旋极化电池的输出，分析反射电子的自旋极化，并进一步探索自旋力矩和电子输运性质之间的关系。
4.优化垂直磁异质结构的设计，实现控制底部磁性层的磁化状态的目标。
三、研究方法和步骤
1.利用第一性原理计算方法，通过DFT（密度泛函理论）模拟，计算出垂直磁异质结构中的电子能带结构和自旋极化电子的传输率。
2.根据第一性原理计算结果设计理论模型，并结合伏安特性和自旋极化电池输出特性，分析自旋力矩和电子输运性质之间的关系。
3.在上述基础上，建立垂直磁异质结构实验体系，通过倒霍尔效应测量反射电子的自旋极化和自旋极化电池的输出特性，验证理论模型的准确性。
4.根据理论分析和实验结果，优化垂直磁异质结构的设计，实现控制底部磁性层的磁化状态的目标。
四、预期成果
1.垂直磁异质结构中自旋力矩相关的磁电输运机理的深入了解。
2.建立垂直磁异质结构中自旋力矩相关的磁电输运的理论模型，并验证其准确性。
3.在理论模型的基础上，设计垂直磁异质结构，实现在外加电场下对底部磁性层磁化状态的控制。
4.论文发表。
五、研究计划
本项目计划为期2年，具体内容和时间安排如下：
第一年：
1.文献调研和理论分析：3个月
2.第一性原理计算：3个月
3.理论模型建立与分析：3个月
4.实验系统设计和建立：3个月
第二年：
1.实验数据采集和分析：6个月
2.优化垂直磁异质结构的设计：3个月
3.论文撰写和发表：3个月
以上计划仅供参考，实际进度可能有所变化，但会在所策划的范围内努力实现研究目标。
六、研究经费
本项目所需经费总计为30万元，其中人员经费为20万元，材料经费为10万元。人员经费包括工资、社保、公积金、旅费、调研费等；材料经费包括实验仪器和实验材料的采购和使用费等。
七、参考文献
1.M.Miron,K.Garello,G.Gaudin,etal.Perpendicularswitchingofasingleferromagneticlayerinducedbyin-planecurrentinjection[J].Nature,2011,476(7359):189-193.
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3.A.Manchon,H.C.Koo,J.Nitta,etal.NewperspectivesforRashbaspin-orbitcoupling[J].NatureMaterials,2015,14(9):871-882.
4.T.Jungwirth,J.Sinova,J.Mašek,etal.Spintronics:fundamentalsandapplications[J].ReviewsofModernPhysics,2006,78(4):809-862.
5.G.D.Fuchs,V.C.Thurber,A.P.Jacob,etal.Organicspintronics[J].JournalofAppliedPhysics,2013,113(5):051101.