新型磁性半导体为反常霍尔效应（AHE）提供新视角

像电子这样的带电粒子在电场和磁场的影响下运动时，可以表现出相互影响的方式。例如，当磁场垂直于载流导体的平面施加时，内部流动的电子由于磁力而开始偏离侧面，很快，导体上出现了电压差。这种现象被称为"霍尔效应"。 然而，霍尔效应并不一定需要摆弄磁铁。事实上，它可以在具有长程磁秩序的磁性材料中直接观察到，如铁磁体。

科学家将这种现象命名为"反常霍尔效应"（AHE），它似乎是霍尔效应的一个近亲。然而，它的机制要更复杂一些。目前，最被接受的一种说法是，AHE是由电子能带的一种被称为"贝里曲率"的特性产生的，它是由电子的自旋和它在材料内部的运动之间的相互作用产生的，更常见的是"自旋-轨道相互作用"。

磁性排序对AHE来说是必要的吗？最近的一个理论表明并非如此。"理论上已经提出，即使在磁秩序消失的温度以上，也有可能出现大的AHE，特别是在具有低电荷载流子密度、电子间强交换作用和有限自旋手性的磁性半导体中，这与自旋方向相对于运动方向有关，"东京工业大学（Tokyo Tech）的副教授内田博士解释说，他的研究重点是凝聚态物理。

出于好奇，内田博士和他在日本的合作者决定对这一理论进行测试。在《科学进展》上发表的一项新研究中，他们研究了一种新的磁性半导体EuAs的磁特性，该材料只知道有一个奇特的扭曲三角形晶格结构，并观察到23K以下的反铁磁（AFM）行为（相邻的电子自旋排列在相反的方向）。此外，他们观察到，在有外部磁场的情况下，该材料的电阻随温度急剧下降，这种行为被称为"巨大的磁电阻"（CMR）。然而，更有趣的是，CMR甚至在23K以上也被观察到，在那里AFM的秩序消失了。人们很自然地理解，在EuAs中观察到的CMR是由稀释的载流子和局部Eu2+自旋之间的耦合引起的，这种耦合在很大的温度范围内持续存在。

然而，真正夺人眼球的是霍尔电阻率随温度的上升，它在70K的温度下达到顶峰，远远高于AFM排序温度，这表明在没有磁性排序的情况下，大型AHE也是可能的。为了了解是什么导致了这种非常规的AHE，研究小组进行了模型计算，结果显示，这种效应可以归因于三角晶格上的自旋簇对电子的倾斜散射，在这种"跳跃制度"下，电子不流动，而是在原子之间"跳跃"。

这些结果使我们在理解磁性固体内部电子的奇怪行为方面更近了一步。新发现有助于阐明三角晶格磁性半导体，并有可能打开一个新的研究领域，即针对稀释的载流子与非常规的自旋有序性和波动的耦合。

材料物理专业 概述： 本专业培养较系统地掌握材料科学的基本理论与技术，具备材料物理相关的基本知识和基本技能，能在材料科学与工程及其相关的领域的机械、电子冶金、能源、电力、通讯、石油化工等行业部门从事新材料和功能材料的研究、设计、开发与制造、材料的性能测试及生产管理等工作，也可在高等院校和研究所从事教学与科研工作。 一、专业基本情况 1、培养目标 本专业培养较系统地掌握材料科学的基本理论与技术，具备材料物理相关的基本知识和基本技能，能在材料科学与工程及与其相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的材料物理高级专门人才。 2、培养要求 本专业学生主要学习材料科学方面的基本理论、基本知识和基本技能，受到科学思维与科学实验方面的基本训练，具有运用物理学和材料物理的基础理论、基本知识和实验技能进行材料研究和技术开发的基本能力。毕业生应获得以下几方面的知识和能力： ◆ 掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识； ◆ 掌握材料制备（或合成）、材料加工、材料结构与性能测定及材料应用等方面的基础知识、基本原理和基本实验技能； ◆ 了解相近专业的一般原理和知识； ◆ 熟悉国家关于材料科学与工程研究、科技开发及相关产业的政策，国内外知识产权等方面的法律法规； ◆ 了解材料物理的理论前沿、应用前景和最新发展动态，以及材料科学与工程产业的发展状况； ◆ 掌握中外文资料查询、文献检索以及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。 3、主干学科 材料科学、物理学。 4、主要课程 基础物理、近代物理、固体物理、材料物理学等。 5、实践教学 包括生产实习、毕业论文等，一般安排10—20周。 6、修业时间 4年。 7、学位情况 理学或工学学士。 8、相关专业 材料化学、物理学。 9、原专业名 材料物理、矿物岩石材料。 二、专业综合介绍 材料物理（Material Physics）专业，一般属于材料科学与工程系学院下辖的专业之一。所涉及到的方面主要是材料的宏观及微观结构，尤其是微观结构，材料的物理性能基本参数以及这些参数的物理本质。 材料物理专业是材料科学与工程里面不可或缺的重要组成部分。犹如支撑万丈高楼的基石，材料支撑着人类文明。很多人觉得新世纪是“信息技术”的世界，不过任何技术赖以实现的物质基础还是材料，这一重要地位在人类社会发展到任何阶段都无法改变，而且必将越来越重要。随着科学技术的发展，材料正朝着微型化、功能化、智能化的方向发展。现在颇为流行的纳米材料、环境材料、电子材料、信息材料，大部分都是材料的物理性能在各特殊领域的应用。比如纳米材料，可以说就是纳米尺度下的材料物理学。材料物理专业所研究的磁学及光学性质在信息材料领域有着巨大的应用空间，是现代半导体、微电子、光电子产业发展的理论及应用基础。因此，随着材料产业以及信息产业在新世纪的飞速发展，材料物理专业也必将迎来自己的辉煌。 本专业由名称就可以清楚地看出内容以材料学、物理学两方面为重点。物理学中的力、热、光、声均在此专业有广泛应用，当然侧重点还与将来个人的研究方向有关。比如说：对于研究信息材料磁存储技术的，铁磁学是中心课程，但是力学、电学、热学多少也要有所涉及。原子物理、固体物理、晶体学、X光技术、电子显微分析等课程也是比较重要的课程。所以这门专业主要偏重高中课程对应的物理，比较适合那些对微观结构和理论物理感兴趣的同学。在测量微观结构的时候，X光技术、电子显微技术（高倍电子显微镜）可能会涉及到一些辐射问题，当然，并不是很普遍而且剂量非常低。随着技术的进步，辐射问题应该降低直至完全消除。 总体来说，材料物理专业并不是一个很热门的专业，不过其中的一些方向，如纳米材料、高倍电子显微技术、电子材料还是相当热。国内院校中清华大学、山东大学、哈尔滨工业大学在这些方面较为出色。 对于材料物理专业的毕业生来说，面临的几种选择中，出国相对来说比较容易，难度比那些热门专业小得多。考研的话，除了上述较好的学校之外，还有中国科学院的一些相关研究所可以考虑。就业方面，几个热门方向还是比较好的，但还是以研究工作居多。作为其他产业的基础，本专业是不可缺少的，但是想一下子就赚大钱暴富成比尔·盖茨，恐怕也不可能。随着技术的成熟和产业化，本专业的就业形势必将大幅度改善。因此，选择本专业其实是在选择自己的未来。 材料物理专业代码：071301。 三、专业教育发展状况 材料物理专业是国家重点学科，是理工科结合的专业。培养掌握材料科学基础理论和现代材料科学研究方法，掌握材料性能与各层次微观结构之间关系的基本规律，能从事各种材料的设计、研究、生产、使用，材料性能改进，开发新材料、新技术的研究人才。 材料物理的前身是金属物理，国家很重视材料学科，建国后建立了材料物理专业。在五十年代轰轰烈烈的工业发展时期，很多院校都建立了材料学科，有些地区还专门成立了冶金学院、机械工程学院等。 目前，材料物理学科在各理工类院校都有相关的系，比较著名的学校有清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学、北京理工大学等学校。材料涉及的领域极为广泛，其品种繁多，形式各异。根据材料组成和结构的特点，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。材料又是基础科学和工程科学融合的产物，随着科学技术的发展，原来各类相对独立的材料，已经相互渗透，相互结合，多学科的交叉是材料科学技术的重要特征。如建筑材料中混凝土外加剂的应用，聚合物混凝土、薄膜材料在玻璃深加工上的应用，有机高分子材料用于水泥砂浆的改性和对陶瓷工艺的改进等等。 浙江大学材料科学与工程学系创建于1978年，是我国高校中成立最早，学科门类、培养层次最齐全的材料系之一。目前设有金属材料及热处理、无机非金属材料、材料工程及自动化、材料科学等4个本科专业方向，金属材料及热处理、无机非金属材料、半导体材料等3个博士点（其中半导体材料是国家重点学科）和5个硕士点，以及材料科学与工程博士后流动站。很多学校的材料物理专业经历了一系列的变迁。清华大学材料科学与工程系成立于1988年，由原金属工程物理系的材料科学专业、机械工程系的金属材料专业及化学工程系的无机非金属材料专业组建而成。本科设材料科学与工程一个专业，含材料物理、金属物理、无机非金属材料、复合材料和电子材料等五个学科培养方向。 但是，由于各个学校的基础不同，因此建立的材料物理专业或者材料科学与工程专业偏重点也不同。例如天津城市建设学院，长期以来，材料科学与工程系设置的是无机非金属材料和高分子材料与工程两个专业，根据学院特点，按照国家教委引导性专业目录，自1997年起更名为材料科学与工程专业。因为这个学院是隶属建委系统的，所以主要培养为城乡建设服务的人才，材料的专业教育就以建筑材料为主，没有简单地套搬清华大学、天津大学、武汉工业大学（2000年已合并成为武汉理工大学），或化工类、冶金类院校材料专业的做法，而办出自己材料专业的特色。 这就说明了同样是材料物理专业，由于学校之间基础的差异及其背景的不同，研究的方向和侧重点也有所不同，这是要加以注意的。 1991年，国家教委批准在清华大学建设“先进材料研究开放实验室”，作为推动材料物理研究的一笔投入，带动材料物理研究。目前，材料科学与工程系已纳入很多高校“211工程”的重点学科群规划。以培养全面掌握材料科学和工程综合能力的复合型人才。 近年来材料物理专业研究的范围进一步拓宽，不断地开发出具有优异物理性能的先进材料，其中复合材料是一个主要方向。这些都反映了培养仅掌握单一材料、窄口径专业的人才是不能适应当前特别是未来形势发展的要求，因此拓宽专业口径是培养材料类专业人才的必然趋势。 四、专业就业数据分析 五、专业就业状况及趋势 材料物理专业的毕业生一般具有很强的物理、化学、数学理论水平，以及较高的独立实验能力和 *** 作复杂仪器设备的能力，素质比较全面，所以，能够在机械、冶金、电子、化工军工、航空航天、仪表等部门从事材料的生产、研究和开发，或在科研单位和高等院校从事科研和教学工作，以及进一步培养成为高级材料科学研究人才。 从事材料专业的工程技术人员按工作性质可分为材料的研究、开发、生产和应用。这随着材料事业的发展有所不同。在七八十年代，有些学校，例如天津城市建设学院，主要培养从事硅酸盐材料生产的工程技术人员，充实到了有关工厂，对加强生产单位的技术力量，提高技术人员素质起到一定的作用。但是，随着天津市和与外省市交换培养的学生所在地材料生产厂技术力量趋于饱和，这方面人才需求量有了变化，现在在建筑行业从事材料应用、检测及材料管理工作的只占一半左右。 现代工业对材料的要求越来越高，相应地产生了更多的需求，例如钢铁大型企业、飞机制造业、汽车制造业等等，都需要精密的材料技术。本专业毕业生一般都能有1∶1．2以上的比例，根据各院校的情况具体而定。材料物理专业涉及的内容比较广泛，所以适应性比较强，有就业“万金油”的美誉。 材料物理专业乃至整个材料科学专业，毕业生可能面临的问题是，由于很多高校建立材料专业的背景不同，兼之材料科学作为专业名称提出来，又不是很长时间的事情，造成很多就业单位不了解这个专业的人才究竟是做什么的。所以毕业生在应聘的过程中应该首先澄清自己更细致的研究方向，比如，研究电子材料的材料物理专业学生，则可以考虑到与之相关的电子元器件行业，研究高分子材料的学生，则可以考虑到与有机分子化工有关的领域求职。 目前，随着国外企业在中国投资的日益提高，各个三资企业对材料物理专业的需求也开始增多。例如，杜邦、Motorola、宝洁等公司，每年都需要材料物理相关方向的人才到其研究发展中心进行新产品新工艺的开发。 随着材料物理领域的研究成果逐渐得到应用，材料产业的逐渐形成，材料物理专业的毕业学生的就业范围正在逐渐拓宽。21世纪，随着环境污染的加剧，能源的枯竭，世界各国都正在致力于新材料，新能源的开发与利用。各种环境替代性材料正在被研制出来。新的替代材料，以其低廉的成本，良好的性能，正逐渐应用于各个行业，获得了非常客观的效益。 虽然材料行业在当前形势下还处于低谷，但是结合以往的就业趋势，该专业就业前景美好，具有很大的发展潜力。选择材料物理专业的学生，一定不要被暂时的局面所震慑。就像很多专家预测的那样，材料产业将成为本世纪我国的支柱产业之一。这个行业前途无限。 六、专业院校分布（部分） 西南科技大学 西北大学 山西大学 上海大学 青岛科技大学 湘潭大学 中国科学技术大学 北京科技大学 北京师范大学 东北大学 吉林大学 复旦大学 南京大学 武汉大学 武汉理工大学 中南大学 中山大学 四川大学 兰州大学 哈尔滨理工大学 云南大学 华东理工大学 合肥工业大学 太原理工大学 燕山大学 内蒙古工业大学 大连理工大学 哈尔滨工业大学 武汉科技大学 重庆大学 西安建筑科技大学

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