电磁学、磁电学与磁电⼦学

作者: 孙阳

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-11-12 11:29:03

本文探讨了电磁学、磁电学与磁电⼦学的区别与联系,介绍了电磁学的基本概念和⻨克斯⻙⽅程组,以及磁电学和磁电⼦学的研究内容和发展历程。

电磁学与磁电学是⼀回事吗?不是的。磁电学与磁电⼦学是⼀回事吗?也不是。电磁学是研究宏观电磁现象以及电与磁交互关联的物理学分⽀学科。电磁学的精髓可以⽤⻨克斯⻙⽅程组来概括:其中的电场和磁场是根据电荷受⼒(库仑⼒和洛伦兹⼒)来定义的场。

第⼀个⽅程描述了静电场的特征——静电场是有源场,来源于电荷;第⼆个⽅程描述了静磁场的特征——静磁场是⽆源场,散度为零;第三个和第四个⽅程描述了电场和磁场的关联——变化的磁场可以产⽣电场,电流或变化的电场可以产⽣磁场。

磁电学与磁电⼦学虽然仅⼀字之差,内涵却⼤不同。磁电⼦学来源于magneto(磁)+electronics(电⼦学)。

半导体电⼦学是现代电⼦信息技术的基础,其本质是利⽤电场调控电荷的运动。在传统电⼦学中,⼈们⼏乎忽略了电⼦除了电荷之外的另⼀个基本属性——⾃旋。直到1988年,法国和德国的两个研究组分别独⽴地在磁性⾦属多层膜中发现了巨磁电阻(giant magnetoresistance,GMR)效应,其背后的物理机制使得⼈们开始意识到电⼦的输运⾏为可以与⾃旋⾃由度密切相关。

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