半金属材料具有特殊的能带结构，因此其具有一些特殊的性质：

1、它在费米能级处的电子极化率高达100% ；

2、它的总磁矩为波尔磁矩的整数倍；

3、一些半金属铁磁体还具有较高的居里温度。

这些特点使半金属材料非常适合在自旋电子器件中应用，尤其适合作为自旋注入源材料。

1）以half-Heusler（半霍伊斯勒）和Heusler（全霍伊斯勒）合金为代表的三元金属化合物：NiMnSb、PtMnSb、FeMnSb等。Half-Heusler半金属铁磁体材料属于面心立方；Heusler半金属铁磁体具有

2）磁性金属氧化物：

3）双钙钛矿化合物：

4）闪锌矿型过渡金属硫族化合物或磷族化合物：VTe，CrSe，CrTe，CrAs，MnBi，CrSb等。研究发现，这类半金属铁磁体的稳定态是NiAs相，闪锌矿相只是它们的亚稳态。三个过渡金属硫系化合物CrTe、CrSe和VTe的闪锌矿结构相是优质半金属铁磁体，不仅具有很宽的半金属能隙，相对于基态相的总能还不高，大大低于闪锌矿结构的过渡金属V族化合物的相对总能，同时，其结构稳定性明显优于己经较好地合成出来的CrAs闪锌矿结构薄膜（最大约5个单胞层厚）。很宽的半金属能隙意味着可能在较高温度下得到高自旋极化率，这已被德国Kübler教授的最新计算所证明：相对总能低并且结构稳定性好，使得足够厚度（约5至50个单胞层）的薄膜材料或尺度足够大的纳米结构易于通过外延生长技术获得。这些优异特性使得这些材料将很可能在纳米尺度的自旋电子学器件中得到实际应用。 2100433B

1983年，荷兰Nijimegen大学的Groot 教授对half-Heusle合金NiMnSb进行能带计算后发现其具有一种特殊的新型能带结构，如图1：NiMnSb的多数白旋方向图所示：电子在一个自旋方向上呈现金属性，也就是在费米能级处有电子态的存在；而在另一个自旋方向上呈现半导体性，也就是在费米能级处存在禁带。他们将具有这种特殊能带结构的材料称为半金属（half-metal）材料。这里所指的半金属并不是传统意义上的半金属（semi-metal，如As、Sb、Bi等），传统的半金属是导电电子浓度远低于正常金属的一类物质的统称，因其导电能力介于金属与绝缘体之间而称为半金属。其能带特点是导带与价带之间部分重叠，价带电子在无需热激发的情况下便会流入能量较低的导带底部。而半金属材料是电子结构同时具有金属性与半导体性的特征，这种微观上金属性与半导体性的共存被称为半金属性。

1.如何将自旋电流从铁磁电极S高效率地注入半导体？——这可利用“磁性半导体”来实现，这种半导体可通过较低电压来控制它在非磁状态和铁磁状态这两种状态之间进行转换（自旋开关），并且可用作为自旋过滤器（让一种自旋状态通过, 阻止另一种自旋状态通过）。但是磁性半导体的制备尚不成熟。

2.半导体自旋电子器件对磁性半导体的基本要求是：电子的自旋极化状态在穿越半导体或进入另一种材料时, 要能很好地保持不变, 即自旋极化丧失的速度要慢, 自旋电流的极化要能长时间维持——自旋相干时间要长。

跟互斥锁一样，一个执行单元要想访问被自旋锁保护的共享资源，必须先得到锁，在访问完共享资源后，必须释放锁。如果在获取自旋锁时，没有任何执行单元保持该锁，那么将立即得到锁；如果在获取自旋锁时锁已经有保持者，那么获取锁操作将自旋在那里，直到该自旋锁的保持者释放了锁。由此我们可以看出，自旋锁是一种比较低级的保护数据结构或代码片段的原始方式，这种锁可能存在两个问题：

死锁。试图递归地获得自旋锁必然会引起死锁：递归程序的持有实例在第二个实例循环，以试图获得相同自旋锁时，不会释放此自旋锁。在递归程序中使用自旋锁应遵守下列策略：递归程序决不能在持有自旋锁时调用它自己，也决不能在递归调用时试图获得相同的自旋锁。此外如果一个进程已经将资源锁定，那么，即使其它申请这个资源的进程不停地疯狂“自旋”,也无法获得资源，从而进入死循环。

过多占用cpu资源。如果不加限制，由于申请者一直在循环等待，因此自旋锁在锁定的时候,如果不成功,不会睡眠,会持续的尝试,单cpu的时候自旋锁会让其它process动不了. 因此，一般自旋锁实现会有一个参数限定最多持续尝试次数. 超出后, 自旋锁放弃当前time slice. 等下一次机会。

由此可见，自旋锁比较适用于锁使用者保持锁时间比较短的情况。正是由于自旋锁使用者一般保持锁时间非常短，因此选择自旋而不是睡眠是非常必要的，自旋锁的效率远高于互斥锁。信号量和读写信号量适合于保持时间较长的情况，它们会导致调用者睡眠，因此只能在进程上下文使用，而自旋锁适合于保持时间非常短的情况，它可以在任何上下文使用。如果被保护的共享资源只在进程上下文访问，使用信号量保护该共享资源非常合适，如果对共享资源的访问时间非常短，自旋锁也可以。但是如果被保护的共享资源需要在中断上下文访问（包括底半部即中断处理句柄和顶半部即软中断），就必须使用自旋锁。自旋锁保持期间是抢占失效的，而信号量和读写信号量保持期间是可以被抢占的。自旋锁只有在内核可抢占或SMP（多处理器）的情况下才真正需要，在单CPU且不可抢占的内核下，自旋锁的所有操作都是空操作。

上面简要介绍了自旋锁的基本原理，以下将给出具体的例子，进一步阐释自旋锁在实际系统中的应用。上面我们已经讲过自旋锁只有在内核可抢占或SMP（多处理器）的情况下才真正需要，下面我们就以SMP为例，来说明为什么要使用自旋锁，以及自旋锁实现的基本算法。

事实上，自旋锁的初衷就是：在短期间内进行轻量级的锁定。一个被争用的自旋锁使得请求它的线程在等待锁重新可用的期间进行自旋(特别浪费处理器时间)，所以自旋锁不应该被持有时间过长。如果需要长时间锁定的话, 最好使用信号量。

1自旋锁实际上是忙等锁

当锁不可用时，CPU一直循环执行“测试并设置”该锁直到可用而取得该锁，CPU在等待自旋锁时不做任何有用的工作，仅仅是等待。因此，只有在占用锁的时间极短的情况下，使用自旋锁才是合理的。当临界区很大或有共享设备的时候，需要较长时间占用锁，使用自旋锁会降低系统的性能。

自旋锁可能导致系统死锁

引发这个问题最常见的情况是递归使用一个自旋锁，即如果一个已经拥有某个自旋锁的CPU 想第二次获得这个自旋锁，则该CPU 将死锁。此外，如果进程获得自旋锁之后再阻塞，也有可能导致死锁的发生。copy_from_user()、copy_to_user()和kmalloc()等函数都有可能引起阻塞，因此在自旋锁的占用期间不能调用这些函数。代码清单7.2 给出了自旋锁的使用实例，它被用于实现使得设备只能被最多一个进程打开。