1、研究背景及科学意义

以电荷输运特性为主要内容的微电子学是二十世纪人类最重要的发现之一。电子既是电荷的负载体，还具有自旋角动量的内禀属性。自旋电子器件是基于电子的自旋量子态特性而设计、开发新的电子器件。随着集成微电子功能器件的尺寸进入十纳米量级,能耗与集成度的矛盾愈显凸出。电子的自旋维度开启了承载信息的全新模式。自旋是矢量，从物理观点看来自旋比电荷具有更丰富的物理内涵。自旋电子技术是利用电子自旋特性上的新学科，与器件开发和实际应用紧密结合，正处于迅速发展的阶段，其研究内涵与对象不断地在发展中。从更小、更快的器件逐渐转向高性能、低功耗、多功能自旋电子学器件是未来发展的重要方向之一。

对自旋电子调控和物性研究、自旋电子材料性能开发及自旋电子原型器件的设计制造，在基础研究和产业应用层面均具有巨大价值，有助于我国在新一代信息产业技术的变革中抢占先机，对整个国家的经济发展具有重要的战略意义。以调控自旋量子态为核心的自旋电子器件为未来信息技术及微电子学的发展提供了革命性机遇。通过研究基于电子自旋特性的新效应、新材料及相关集成信息功能器件，并以寻求其在高密度存储、低能耗芯片和量子计算中的应用为目标，关系到国家高科技发展、国计民生和国防安全等重要战略问题，世界主要科技大国（包括美国、日本、欧盟和中国）在重要战略计划中均将研究自旋学物理、发展新型自旋电子器件、开展自旋多场调控等列为国家基础研究战略重点部署的研究课题。

我们丧失了前三次产业革命的机遇，我们在微电子学基础和应用领域的发展和竞争中落伍了，从而成为第三世界发展中国家。如今我们要充分利用和抓住自旋电子学发展的机遇，走自主创新和科技强国的道路，实现跨越式的发展。

目标 

a. 从物理原理上实现高效多场调控自旋量子态新机制以及这些新机制在自旋器件中的应用，包括多场调控磁各向异性、多场调控磁畴壁运动速度、新型自旋翻转模式等，为研发下一代低功耗 新功能自旋电子器件提供全新的物理机制。

b. 研制新型自旋量子传感原型器件：实现传感器件的高空间分辨率（亚微米级）、高精度，且单器件可以实现矢量磁场探测及全电学操控。部分性能达到或超过基于金刚石NV色心的磁场量子传感器性能。

c. 实现低功耗易集成且全电学翻转磁性体磁矩，并研制超高密度、高稳定性自旋存储原型器件。

d. 研制具有低能耗和面积开销、高安全性的自旋硬件安全器件和加解密系统。

e. 研制高速率、高准确率、低硬件开销的随机自旋计算器件及搭建人工神经网络。