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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Mills, D. L. (EDT)/ Bland, J. A. C. (EDT)

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 220.35

装帧:HRD

isbn号码:9780444516800

丛书系列:

图书标签:

纳米磁性
磁性材料
纳米材料
自旋电子学
磁记录
磁学
物理学
材料科学
纳米技术
表面磁学

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具体描述

Nanoscience is of central importance in the physical and biological sciences and is now pervasive in technology. However nanomagnetism has a special role to play as magnetic properties depend uniquely on both dimensionality and lengthscales. Nanomagnetism is already central to data storage, sensor and device technologies but is increasingly being used in the life sciences and medicine. This volume aims to introduce scientists, computer scientists, engineers and technologists from diverse fields to this fascinating and technologically important new branch of nanoscience. The volume should appeal to both the interested general reader but also to the researcher wishing to obtain an overview of this fast moving field. The contributions come from acknowledged leaders in the field who each give authoritative accounts of key fundamental aspects of nanomagnetism to which they have themselves made a major contribution. After a brief introduction by the editors, Wu first surveys the fundamental properties of magnetic nanostructures. The interlayer exchange interactions within magnetic multilayer structures is next discussed by Stiles. Camley then discusses the static, dynamic and thermal properties of magnetic multilayers and nanostructures, followed by an account of the phenomenon of exchange anisotropy by Berkowitz and Kodama. This latter phenomenon is widely in current read head devices for example. The transport properties of nanostructures also are spectacular, and again underpin computer technology, as we see from the discussion of giant magnetoresistance (GMR) and tunnelling magnetoresistance (TMR) presented by Fert and his colleagues. Beyond GMR and TMR we look to the field of spintronics where new electronic devices are envisioned and for which quantum computing may depend as discussed in the chapter by Flatte and Jonker. The volume concludes with discussion of the recently discovered phenomenon of current induced switching of magnetization by Edwards and Mathon. This subject is in the forefront of nanoscience. All Section authors are leading figures in this key field. Presentations are accessible to non specialists, with focus on underlying fundamentals.

磁性材料与工程前沿：从宏观到微观的深度探索图书名称：磁性材料与工程前沿：从宏观到微观的深度探索图书简介本书旨在为材料科学、物理学、电子工程及相关领域的研究人员、工程师和高年级本科生/研究生提供一本全面、深入且与时俱进的关于现代磁性材料、其基本物理原理、先进表征技术以及前沿工程应用的权威参考书。本书的视角超越了传统的铁磁性理论，涵盖了当前物理学和工程领域最热门的课题，如自旋电子学、拓扑磁学、先进功能薄膜的制备与性能调控等。全书结构严谨，逻辑清晰，分为六个主要部分，共计十八章，每一章都力求在理论深度和实际应用之间找到完美的平衡。 --- 第一部分：磁性物理基础与热力学（第1-3章）本部分奠定了理解所有磁性现象的理论基石。第1章：经典电磁学与磁性的起源本章从麦克斯韦方程组出发，回顾宏观磁场的描述与测量方法（如SQUID、振动样品磁力计Vibrating Sample Magnetometer, VSM）。重点讨论磁化率、磁畴结构（Bloch与Néel畴壁）的形成机制，以及朗之万理论在顺磁性材料中的应用基础。引入磁性材料的分类（抗磁、顺磁、铁磁、反铁磁、亚铁磁）及其居里温度与奈尔温度的物理意义。第2章：量子力学视角下的磁矩深入探讨电子的自旋角动量和轨道角动量，详细阐述泡利不相容原理和洪特规则对原子磁性的决定性影响。着重介绍海森堡交换作用模型（Heisenberg Exchange Interaction），这是理解铁磁性与反铁磁性长程有序的关键。随后，分析晶体场理论（Crystal Field Theory）和配位场理论（Ligand Field Theory）如何解释稀土离子和过渡金属离子的磁各向异性（磁晶各向异性）。第3章：磁热力学与相变动力学本章聚焦于磁性材料中的热力学过程。详细分析兰道-李夫席茨-吉 দেখলাম（Landau-Lifshitz-Ginzburg, LLG）方程在描述磁化弛豫和翻转过程中的重要性。深入探讨一级和二级磁相变（如铁磁-顺磁转变），并利用平均场理论（Mean Field Theory）计算居里点附近的临界指数。讨论磁弛豫现象，包括布洛赫-阿尔伯尼弛豫和超顺磁限制效应。 --- 第二部分：先进磁性薄膜的制备与结构（第4-6章）现代磁性器件几乎完全依赖于薄膜技术。本部分系统介绍薄膜的生长方法及其微观结构控制。第4章：高真空沉积技术详细阐述用于制备高质量磁性薄膜的核心技术：分子束外延（MBE）、脉冲激光沉积（PLD）和溅射技术（Sputtering）。重点比较不同方法对薄膜的化学计量比控制、晶体质量和界面粗糙度的影响。讨论衬底选择、生长温度和气氛控制对磁性能（如饱和磁化强度和矫顽力）的调控机制。第5章：界面与应力效应强调“界面效应”在现代磁性材料中的核心地位。讲解界面磁各向异性（IMA）的来源，特别是磁性异质结（Magnetic Heterostructures）中应力诱导的磁弹性耦合。分析应力对磁化过程的影响，以及如何利用应力工程（Strain Engineering）来优化磁记录和传感器的性能。第6章：新兴功能性结构：多层膜与合金系统介绍具有特殊磁性的先进结构，如自旋过滤层、反铁磁/铁磁耦合层（如RKKY耦合）。深入探讨高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）在磁性领域的初步应用，以及纳米颗粒和量子点的磁性尺寸效应。 --- 第三部分：磁性材料的表征技术（第7-9章）精准的性能评估是材料开发的关键。本部分涵盖了从宏观到原子尺度的关键表征手段。第7章：宏观与中观磁测量技术详细介绍磁力计（VSM, SQUID）的操作原理、数据分析方法，以及如何精确测量磁滞回线、永磁性能和磁导率。重点讨论磁热效应（Magnetocaloric Effect, MCE）的测量与评估，包括等温磁化率和绝热去磁化过程的量化。第8章：电子显微镜与结构分析聚焦于如何利用电子显微技术探究磁性结构。深入解析透射电子显微镜（TEM）在晶格结构和缺陷分析中的应用，并重点介绍电子全息术（Electron Holography）在可视化内部磁场分布和畴壁结构方面的独特优势。同时讨论扫描隧道显微镜（STM）在原子尺度磁性成像中的局限与突破。第9章：自旋依赖的谱学技术介绍依赖于电子自旋状态的先进谱学方法。详述X射线磁圆二色性（XMCD）和角分辨光电子能谱（ARPES）如何用于确定轨道磁矩、自旋向上和自旋向下能带的填充情况，以及磁性材料的交换分裂大小。 --- 第四部分：自旋电子学与非平衡磁动力学（第10-12章）本部分是连接磁性物理与未来信息技术的核心。第10章：巨磁阻效应（GMR）与隧道磁阻效应（TMR）全面阐述GMR和TMR的物理机制，包括电子的自旋选择散射和隧穿概率。深入分析自旋转移转矩（STT）的机理，即利用纯自旋电流驱动磁化翻转，这是MRAM技术的基础。第11章：自旋霍尔效应与非局域自旋输运介绍自旋霍尔效应（SHE）和反向自旋霍尔效应（ISHE），它们是实现无耗散自旋电流产生和检测的关键。详细讨论非局域自旋阀的结构和测量方法，以及如何量化自旋扩散长度和自旋动量守恒的拓扑影响。第12章：磁振子与斯格明子（Skyrmions）探讨准粒子——磁振子（Magnons）的激发、色散关系及其在信息传输中的潜力。重点介绍拓扑磁结构——斯格明子的形成条件、拓扑保护机制，以及在低能耗存储和逻辑器件中的应用前景，包括其运动动力学和稳定性分析。 --- 第五部分：先进磁性器件与应用（第13-15章）将前沿物理转化为实际工程应用。第13章：磁随机存取存储器（MRAM）技术详细对比基于磁阻效应（如STT-MRAM、SOT-MRAM、VCMA-MRAM）的不同代际MRAM技术。重点分析关键性能指标：写入能耗、操作速度、热稳定性（越磁势垒）以及耐久性。讨论抗磁性材料在器件集成中的挑战。第14章：磁传感器与射频器件探讨基于磁阻效应的高灵敏度磁场传感器（如磁隧道结传感器、GMR传感器）的设计原理及其在生物医学成像、导航和无损检测中的应用。分析铁氧体和磁性薄膜在高频滤波、振荡器和电磁屏蔽中的作用。第15章：永磁体与电机驱动聚焦于高能效驱动技术所需的先进永磁材料，如钕铁硼（NdFeB）和钐钴（SmCo）的微观结构优化。讨论如何通过晶粒细化、异向性控制和表面钝化来提高材料的最大磁能积和矫顽力，以应对稀土资源限制带来的挑战。 --- 第六部分：热学、光控与未来展望（第16-18章）面向下一代信息技术的交叉研究领域。第16章：磁学与热学的耦合深入研究磁热效应（MCE）的内在物理机理（如磁有序与晶格振动耦合），并评估不同材料体系（如Gd基合金、Mn-As系化合物）在制冷效率上的潜力。同时探讨热磁写入（Thermal-Assisted Magnetic Recording, TAMR）中的能量转换效率问题。第17章：光诱导的磁性调控介绍超快激光与磁性材料的相互作用。分析飞秒激光脉冲如何瞬时激发和重构磁结构，包括光致磁化反转和逆霍尔效应（Inverse Faraday Effect）等非热超快过程。探讨光子驱动的斯格明子运动研究。第18章：前沿挑战与新兴领域总结当前磁性研究面临的主要瓶颈（如高密度存储的稳定性、功耗限制）。展望未来研究方向，包括：拓扑绝缘体和拓扑半金属中的磁性自旋电子学器件的集成与电路设计人工智能与机器学习在磁性材料发现与性能预测中的应用本书力求提供一个完整的知识框架，引导读者从基础物理原理出发，掌握现代磁性材料的精确制备和表征手段，最终应用于高技术工程领域，为推动下一代信息存储、传感和能源技术的革新奠定坚实的理论基础。