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一种利用电子所具有的电学性质（电荷）和磁学性质（自旋）来创造新功能的新型半导体技术被称为“自旋电子学”，目前其学术基础研究和应用研究正在积极推进。在自旋电子学的社会应用中，核心技术是一种被称为“磁隧道结”的固态元件。利用该元件所具备的信息存储和磁传感功能，可以开发出低功耗存储器、大容量存储器以及高性能磁传感器等产品。通过这些技术的社会应用，实现IT云计算的节能化和高性能化。
磁隧道结（Magnetic Tunnel Junction，MTJ）的基本结构是一层极薄的绝缘膜（隧道势垒）夹在两层铁磁金属之间。通常情况下，电流无法通过绝缘体，但当绝缘膜的厚度减薄至1–2nm时，由于量子力学的隧穿效应，会产生一种特殊的电流（隧道电流）。
当两层铁磁金属的磁体取向平行（P态）时，MTJ元件的电阻（RP）较低，允许较大的电流通过；相反，当磁体取向反平行（AP态）时，MTJ元件的电阻（RAP）相对较高，电流会减小。这一现象被称为隧道磁阻（Tunnel Magneto-Resistance，TMR）效应。
MTJ元件电阻的变化率（MR比）是器件应用性能的重要指标。由于MR比越大，就可以开发更高性能的器件，因此，至今自旋电子学领域的发展一直伴随着MR比的提高。
磁隧道结(MTJ)的结构和机制、MR比的定义
当MTJ元件中的一个磁体的方向固定，而另一个磁体的方向因外部场（例如磁场）而改变时，由于电阻随磁场变化，因此MTJ元件可用作磁传感器。此外，当P和AP状态分别对应于“0”和“1”时，MTJ元件充当存储1位信息的存储元件。通过将多个MTJ元件排列成阵列来存储信息的存储器被称为MRAM（磁阻随机存取存储器），其是一种即使断电，也能保留存储信息的非易失性存储器。
为了将MTJ元件应用于磁传感器或MRAM，需要在室温且低磁场下实现较大的MR比。1995年，一种以非晶态氧化铝（Al-O）为隧道势垒材料的MTJ元件被开发出来，随后经过约10年的全球范围研发，实现了百分之几十的MR比。
采用非晶态Al-O的MTJ元件的硬盘（HDD