自旋工程描述了控制和操縱量子自旋系統以開發設備和材料。這包括使用自旋自由度作為基于自旋現象的探針。由于量子自旋對物理和化學過程的基本重要性，自旋工程與廣泛的科學和技術應用相關。目前的例子包括從玻色-愛因斯坦凝聚到基于自旋的數據存儲和在最先進的硬盤驅動器中讀取，以及從核磁共振光譜和電子順磁共振光譜等強大的分析工具到磁共振的發展分子作為量子比特和磁性納米粒子。此外，自旋工程利用自旋的功能來設計具有新特性的材料，并提供對傳統材料系統的更好理解和先進應用。許多化學反應旨在產生具有明確自旋特性的散裝材料或單分子，本文的目的是概述研究和開發領域，重點是量子自旋的特性和應用。

由于自旋是基本粒子的基本量子特性之一，它與大范圍的物理和化學現象有關。例如，電子的自旋在原子的電子構型中起著關鍵作用，而原子的電子構型是元素周期表的基礎。鐵磁性的起源也與自旋相關的磁矩和自旋相關的泡利不相容原理密切相關。因此，上世紀初的mu-metals或Alnico等鐵磁材料的工程可以被認為是自旋工程的早期例子，盡管當時自旋的概念還不為人所知。一般意義上的自旋工程只有在1922年Stern-Gerlach實驗中首次對自旋進行實驗表征之后，隨后PaulDirac發展了相對論量子力學，才成為可能。這個理論是xxx個適應電子自旋及其磁矩的理論。雖然自旋工程的物理學可以追溯到20世紀頭幾十年量子化學和物理學的開創性發現，但自旋工程的化學方面尤其在過去20年內受到關注。今天，研究人員專注于專業主題，例如分子磁體或其他模型系統的設計和合成，以了解和利用現象背后的基本原理，例如磁性和化學反應性之間的關系以及金屬的微觀結構相關的機械性能以及自旋（例如感光蛋白）和自旋傳輸的生化影響。

自旋電子學是利用電子的固有自旋及其在固態器件中的基本電荷，因此是自旋工程的一部分。自旋電子學可能是自旋工程最先進的領域之一，擁有許多重要的發明，這些發明可以在最終用戶設備中找到，例如磁硬盤驅動器的讀取頭。本節分為基本的自旋電子現象及其應用。

• 巨磁阻(GMR)、隧道磁阻(TMR)、自旋閥
• 自旋傳遞扭矩(STT)
• 自旋注射
• 純自旋電流
• 自旋泵送
• 自旋波，磁共振
• （逆）自旋霍爾效應
• 自旋熱量，自旋塞貝克效應

本節專門討論自旋電子學的當前和未來可能的應用，這些應用利用一種或幾種基本自旋電子現象的組合：

• 硬盤驅動器讀磁頭
• 磁阻隨機存取存儲器(MRAM)
• 賽道記憶
• 自旋晶體管
• 自旋量子計算
• 基于磁振子的自旋電子學

特性受量子自旋決定或強烈影響的材料：

• 磁性合金，即Heusler化合物
• 石墨烯系統
• 有機紡絲材料
• 分子納米磁體
• 磁性分子
• 有機自由基
• 具有人工磁性的超材料

通過基于自旋的現象表征材料和物理或化學過程的方法：

• 磁光克爾效應(MOKE)
• 核磁共振(NMR)
• 中子散射
• 自旋偏振光發射
• 布里淵光散射(BLS)
• X射線磁圓二色性（XMCD）