说起半导体材料，大家一定很熟悉，在当今的信息社会中，它扮演着极其重要的角色，生活中常见的计算机、手机以及各种数码产品等正是以半导体材料为支撑才得以发展起来的。这些半导体器件都是利用电子的特性来实现其神奇的功能，我们都知道电子具有两大属性：电荷和自旋。电子电荷的运动可以形成电流，电流的通和断可以代表两种逻辑状态0和1，而电子自旋具有自旋向上和自旋向下两种状态，也可以用来表示0和1两种逻辑状态。各种集成电路和高频率器件在进行信息处理和信息传输时都极大地利用了电子的电荷属性；而信息技术中另一个不可缺少的方面——信息存储(如磁带、硬盘、光盘以及各种数码产品的存储设备等)则是基于铁磁性材料来完成的，它们极大地利用了电子的自旋属性。人们对于电子电荷与自旋属性的研究和应用是平行发展的，例如计算机中的中央处理器(CPU)是用来处理数据的，硬盘是用来存储数据的。如果某种材料同时利用电子的电荷和自旋属性，无疑将会在信息技术领域中产生很大的影响，那么能不能将二者结合起来呢？答案是肯定的，而且由此产生了一门新兴的学科——自旋电子学。
稀磁半导体材料是自旋电子学研究的一个方面，它同时利用了电子的电荷和自旋属性进行信息处理和存储，可使计算机的结构更加简化，功能更强大。此外，稀磁半导体材料还具有多种优异的磁光、磁电性能，使其在高密度非易失性存储器、磁感应器、光隔离器、半导体集成电路、半导体激光器和自旋量子计算机等领域有广阔的应用前景，目前各国对稀磁半导体材料的研究和以此为支撑的自旋电子器件的开发都投入了相当大的财力和人力。
那么，怎么来实现半导体材料的稀磁性呢？因为传统的半导体材料如Si、Ge、GaAs、GaN、ZnO都不具有磁性，而具有磁性的物质Mn、Fe、Co、Ni及其化合物不是半导体材料。稀磁半导体材料是指在化合物半导体(如GaAs、GaN、ZnO等)中部分地引入磁性过渡金属元素(Mn、Fe、Co、Ni等)代替非磁性阳离子(Ga3+、Zn2+等)所形成的一类新材料。随着科学的进步和材料制备技术的发展，人们已经可以实现上述过程，如通过化学气相外延生长、分子束外延、各种物理沉积技术来制备稀磁半导体材料。
与传统的半导体器件相比，以稀磁半导体材料为支撑的自旋电子器件具有哪些优点呢？第一、速度快：半导体材料是基于大量的电子运动，它们的速度会受到能量分散的限制，而自旋电子器件是基于自旋方向的改变以及自旋之间的耦合，它可实现每秒变化10亿次的逻辑状态功能，所以自旋电子器件消耗更低的能量，可以实现更快的速度。第二、体积小：半导体集成电路的特征尺寸是10纳米左右，而自旋电子器件则是1纳米左右，这就意味着自旋电子器件的集成度更高、体积更小。第三、耗能低：改变电子的自旋状态所需的能量仅仅是推动电子运动所需能最的千分之一。最后，自旋电子器件还具有非易失性：当电源(磁场)关闭后，自旋状态不会变化，它的这种特性可以用在高密度非易失性存储领域。很多科学家预言：自旋电子器件是21世纪最有前途的电子产品之一。
