自旋电子学是凝聚态物理、材料科学与微电子技术深度融合的前沿交叉学科，其核心在于超越传统电子学对电子电荷属性的依赖，转而利用电子的自旋内禀属性来实现信息的高效写入、存储与处理。自旋电子学是一门新兴学科，其确立源自1988年巨磁阻效应的发现。研究者发现，相比于单一铁磁薄膜的各向异性磁阻效应，“铁磁/非磁/铁磁”多层薄膜中的磁阻效应要高至少一个数量级。该效应被命名为巨磁阻效应，并证实多层薄膜的磁阻与相邻铁磁层的自旋取向密切相关。这一重大发现随即催生了一系列自旋调控方法与技术，相关成果在不到十年的时间内即转化为高灵敏度磁传感器，并应用于机械硬盘的读出磁头，驱动硬盘存储密度实现了指数级增长。这一发展历程也见证了“从物理现象到产业革命”的创新范式，成为基础研究驱动信息产业跨越式发展的经典范例。
当前集成电路技术逐渐逼近物理与能效极限，自旋电子技术被视为突破“后摩尔时代”发展瓶颈的关键路径之一。一方面，基于隧穿磁阻效应的磁随机存储器正快速商业化，其非易失、高速度、高耐久、低功耗等特性，正为大数据、物联网及人工智能等领域提供理想的存储解决方案。另一方面，在新能源、国防安全、生物医疗、工业控制等领域，自旋传感器在对微弱磁场与电流的精密测量中发挥着关键作用。此外，基于自旋轨道矩、拓扑磁结构及反铁磁材料的全新器件，在类脑计算、存算一体等下一代信息技术中展现出广阔前景。
发展自主可控的自旋电子技术与产业对我国具有至关重要的战略意义，它不仅是打破国外高端存储与传感技术垄断、保障信息产业安全的核心环节，也是我国在信息技术变革中抢占先机、塑造未来竞争优势的重要机遇。因此，系统性培养该领域的高端人才，构建从基础研究到产业应用的完整创新链条，已成为国家科技战略的紧迫需求。
高性能的自旋电子器件离不开对电子自旋的高效操控，围绕自旋传感、自旋存储、自旋信息处理等关键应用，研究者特别关注自旋流（尤其是纯自旋流）的产生、传输和探测的新原理、新材料和新技术。因此学习和掌握自旋电子学的基础理论、关键材料、核心器件的工作原理等十分必要。为了进一步加强自旋电子学的教学工作，适应高等院校正在开展的课程体系与教学内容的改革，及时反映自旋电子材料与器件的最新研究成果，积极探索科教融汇、产教融合的人才培养模式，我们编写了这本《自旋电子材料与器件导论》。
本书在内容上系统梳理了从磁学基础、各类磁阻效应、自旋动力学到自旋存储器、磁电耦合材料与器件及磁传感器的完整知识链条，力求基础理论与前沿应用并重。在编写理念上，强调反映学科最新研究成果与技术发展趋势，着力贯通物理原理、材料设计与器件微纳制造之间的逻辑联系。全书结构清晰，重点突出，旨在服务于教学改革，促进读者对自旋电子学核心知识体系的理解与掌握，培养其解决复杂工程科学问题的能力，体现科教协同育人的目标。
本书共6章，兼顾先进性和实用性，较全面地介绍自旋电子材料与器件的基本理论和主要应用，主要内容包括：第1章讲述自旋电子学的磁学基础，介绍物质的宏观磁性、磁各向异性、磁畴与畴壁等；第2章讲述磁阻效应，介绍各向异性磁阻效应、巨磁阻效应、隧穿磁阻效应和庞磁阻效应等；第3章讲述自旋动力学，介绍磁动力学方程、自旋流的产生与探测、自旋力矩效应等；第4章讲述自旋存储器，介绍磁随机存储器的分类与工作原理，以及Field-MRAM、STT-MRAM、SOT-MRAM及MRAM的主要应用等；第5章讲述磁电耦合材料与器件，介绍磁电耦合效应、单相多铁性材料与器件、磁电复合材料与器件等；第6章讲述磁传感器，介绍磁传感器的基本原理和应用等。
通过学习本书，读者可以：掌握磁学和自旋电子学的基础理论知识，并分析和解决相关问题；了解常用自旋电子材料的基本特性及其制备方法；了解自旋电子器件的典型应用场景，尤其是磁传感器在“智能电网”中的关键应用；理解自旋电子器件的微纳制造流程，设计满足不同应用需求的磁传感器。
本书语言简明扼要、通俗易懂，具有很强的专业性、技术性和实用性。本书是作者在电子科学与技术专业的“自旋电子学导论”教学的基础上逐年积累编写而成的。每章都附有相关习题，供课后练习以巩固所学知识。本书可作为高等院校电子科学与技术、材料科学与工程等专业研究生或高年级本科生的自旋电子学导论、自旋电子科学与技术等课程的教材，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。
教学中，可以根据教学对象和学时等具体情况对书中的内容进行删减和组合，也可以进行适当扩展，参考学时为32学时。为适应教学模式、教学方法和手段的改革，本书配有电子课件PPT和习题参考答案，正版用户可扫描封底二维码免费查看，任课教师也可登录华信教育资源网注册后免费下载，或联系责任编辑（wangxq@phei.com.cn）索取。
本书的构思、统稿和审核工作由刘明主持，初审和校订工作由彭斌和王志广完成。鲁琦、苏玮、李耀进、刘佳强、杜泳君、赵梦、查茜、王文利、杜琴、梁力文、姜宇轩、郭筠婷、陈博涵等同学参与了资料收集、公式录入等工作。电子工业出版社的王晓庆编辑在全书校稿中提出了宝贵的修改意见。在此一并表示感谢！本书的编写参考了大量近年来出版的相关技术资料，吸取了许多专家和同仁的宝贵经验，在此向他们深表谢意。
由于自旋电子学发展迅速，作者学识有限，书中误漏之处难免，望广大读者批评指正。

2026年4月