具有有限铁磁层厚度的磁性双隧道结中的隧穿电导和磁电阻

在FM／I／NM／I／FM磁性双隧道结研究的基础上，进一步考虑了外加有限厚的非磁金属(NM)覆盖层的情况，这时磁性双隧道结的结构变为NM／FM／I／NM/I／FM／NM。此处，FM、I和内NM都具有有限厚度。而在理论处理中，外NM被看做是无限厚的，对FM厚度于磁性双隧道结中自旋极化电子输运性质(特别是隧穿磁电阻)的影响做了研究。用Slonczewski近自由电子模型所得到的计算结果表明，附厚度的变化会引起隧穿电阻和隧穿磁电阻振荡；当FM厚度取适当值时，会得到比FM/I／NM／I／FM更大的隧穿磁电阻。     

隧道巨磁电阻效应的研究与应用

1974年,Slonczewski提出的铁磁金属／绝缘体／铁磁金属(FM／I／FM)结构中存在隧道巨磁电阻(TMR)效应,当两铁磁层磁化方向平行或反平行时,FM／I／FM隧道结将有不同的电阻值。很快,Julliere在Fe／Ge／Co隧道结中证实了这一点。这种因外磁场改变隧道结铁磁层的磁化状态而导致其电阻变化的现象,称为隧道磁电阻效应。随后,人们对一系列FM／I／FM磁隧道结的输运性质进行了研究。由于磁隧道结中两铁磁层间不存在或基本不存在层间耦合,     

成份依赖的软磁材料CoFeB和CoFeSiB

采用磁控溅射技术制备了两种不同的富钴非晶磁性材料CoFeB和CoFeSiB.对它们的磁特性与成分的依赖关系以及作为磁性隧道结自由层的翻转特性进行了研究.在大块材料样品状态下(厚度约为1μm),CoFeB的矫顽力可达到2.51×10-2A/m,CoFeSiB则显示出1.25×10-2A/m的矫顽力.而对于磁性隧道结的磁电阻测量表明:CoFeB薄膜的自旋极化对钴含量非常敏感,从而导致隧道结磁电阻值也发生明显的变化.相比较而言,CoFeSiB的翻转特性由于钴含量的变化而受到很大影响,而自旋极化对钴含量的依赖不甚明显,在很高的钴含量(80%)时达到饱和.结果表明,通过适当的调整非金属元素Si和B的含量,可以很好的调整CoFeSiB的软磁性能而有望满足下一代高密度自旋电子学器件对于材料的苛刻要求.     

巨磁电阻效应

重点综述了磁性多层膜、颗粒膜、钙钛矿型氧化物及铁磁薄膜隧道结等几种不同结构类型的巨磁电阻效应的研究现状及其进展情况,并简述了巨磁电阻的物理机制及磁传感器、随机存储器和高密度读出头等几方面的应用,还涉及到了制备这些巨磁电阻材料的常用方法,并列举了10种不同组分的巨磁电阻材料,还说明了特大磁电阻和巨磁电阻的不同。     

含磁性非磁性金属插入层磁隧道结的隧穿特性研究

讨论了一种新型FM1/NM/FM/I/FM2磁性隧道结,该隧道结结构可获得高质量的I层,从而具有重要的应用价值.利用Slonezewski的自由电子模型和转移矩阵方法,对这种隧道结中的隧穿电导(TC)和隧穿磁电阻(TMR)与NM、FM层的厚度以及和势垒高度的关系进行了研究.同时还通过和FM1/NM/I/FM2型隧道结的相应结果的比较讨论了FM层在FM1/NM/FM/I/FM2磁性隧道结中的作用.     

Rashba自旋轨道耦合对NM/FS/I/FS/NM双自旋过滤隧道结中自旋相关输运的影响

基于转移矩阵方法和量子相干输运理论,研究了含两铁磁半导体层的双自旋过滤磁性隧道结(NM/FS/I/FS/NM,NM表示非磁金属,FS表示铁磁半导体,I表示绝缘层)中的Rashba自旋轨道耦合与自旋相关隧穿现象和隧穿磁电阻(TMR)效应之间的关系.研究结果表明:当左右两FS层的Rashba自旋轨道耦合强度相等时可得到最大的正TMR,而不等时可得到大的负TMR;在绝缘层厚度达到一定值后,双自旋过滤结可以获得稳定TMR,其正负和两FS层Rashba自旋轨道耦合强度的相对大小有关.     

快淬Co/Fe/Cu金属条带的巨磁电阻效应

研究了用快淬制备的铸态和退火处理后非均匀相合金Co15-xFexCu85金属条带的磁电阻、微观结构、磁性能。x的范围是0－15at%。条带的磁电阻幅度很微弱，与同成分的溅射样品有明显不同。这是由条带的微观结构决定的，同时也证实巨磁电阻效应是磁性颗粒的纳米尺寸效应引起。     

铁磁/半金属/铁磁隧道结中的自旋极化输运

运用量子力学的隧穿方法讨论一个铁磁/半金属/铁磁隧道结(FM/HM/FM)中的自旋极化输运和隧道磁电阻(TMR).结果表明:当选定半金属材料自旋向上子能带呈现金属性时,自旋向上和自旋向下电子的隧穿系数都表现出共振隧穿特性.发现TP↑↑与α,u和△m↓-△m↑的取值无关,但随着这些量的增加,TP↓↓和TAP振荡逐渐加快,峰也变得更为尖锐,并且相邻峰之间的间距也逐渐变窄.更重要的是,当这些系数取值合适时,TMR值明显增大.可见,半金属材料对提高隧道结的磁电阻是十分有利的,只要选取合适的参数便能得到较理想的结果,从而有利于提高磁性存储器等磁性元件的性能.     

NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结的隧穿磁电阻

在NM/FI/FI/NM型双自旋过滤隧道结(NM为非磁金属,FI和后面的NI分别为铁磁和非磁绝缘体或半导体)的基础上,提出一种NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结.基于自由电子近似并利用转移矩阵方法,对NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结在不同偏压下的隧穿磁电阻TMR与FI层厚度及NI层厚度的关系做了理论研究.计算结果表明,在NM/FI/NI/FI/NM型双自旋过滤隧道结中仍可以得到很大的TMR值.     

GaMnAs/AlAs/GaMnAs构成隧道结的隧道磁致电阻效应

铁磁半导体构成隧道结的研究是凝聚态领域中一个重要的研究方向.k·p模型在处理半导体异质结空穴传输问题时非常有效,利用k·p模型研究GaMnAs/AlAs/GaMnAs隧道结的磁致电阻效应,通过将k·p微扰与多能带量子传输边界相结合的新方法,给出自旋量子轴的转换矩阵.计算了各种空穴的透射系数随能量的变化以及隧道结的磁致电阻,讨论了隧道磁致电阻对自旋量子轴方向的依赖关系,并对计算结果进行了理论分析.     

Magnetic tunnel junctions (MTJs)

We review the giant tunnel magnetoresistance (TMR) in ferromagnetic-insulator-ferromagnetic junctions discovered in recent years, which is the magnetoresistance (MR) associated with the spin-dependent tunneling between two ferromagnetic metal films separated by an insulating thin tunnel barrier. The theoretical and experimental results including junction conductance, magnetoresistance and their temperature and bias dependences are described.     

外电场下有限厚铁磁层隧道结中的隧穿磁电阻

在两带模型的基础上，计算了外电场下有限厚铁磁层隧道结中的隧穿磁电阻（ＴＭＲ），结果发现：隧穿磁电阻不仅随铁磁层厚度变化而振荡，而且在适当条件下能够达到相当大的值；尽管外电场引起了隧穿磁电阻振荡的周期、位相和振幅的变化，但振荡的特征以及ＴＭＲ随两个铁磁层磁化矢量夹角的单调变化现象并没有因外电场的加入而改变。     

温度对La_0.8Ca_0.2MnO_3/Si异质结的整流特性的影响

采用磁控溅射制备了LCMO／Si异质结,研究了异质结在不同温度以及低磁场下的电学特性。分析表明该p-n结在80-300K温度范围内具有很好的整流特性,并且随着温度升高,内建电势随之降低,整流效果有所提高。结电阻对低磁场敏感,0．3T的磁场下,磁电阻可达到42％。通过改变电压可以对磁电阻进行调节。     

NM/FS1/FS2/NM结的隧穿电导和隧穿磁电阻

利用平均场近似和转移矩阵方法,对NM/FS1/FS2/NM结(NM为非磁金属,FS1和FS2为铁磁半导体层)的隧穿磁电阻(TMR)与FS层厚度及Rashba自旋轨道耦合的关系进行了研究.结果表明NM/FS1/FS2/NM结中TMR值随半导体层厚度的改变发生周期性变化,选择适当的半导体层的厚度和Rashba自旋轨道耦合系数可以得到大的TMR值.     

CoFe/Al2O3/NiFe磁性隧道结的研究

利用离子束溅射技术制备了Ta/CoFe/Al2 O3 /NiFe磁性隧道结 ,研究了它的磁化曲线、磁电阻特性、伏安特性 ,发现它具有明显的巨磁电阻效应 .在研究电流与电压、电流与电阻特性中 ,发现了电流增大到 2 5 μA左右时隧道结呈现伪击穿现象的畸变输运行为 ,还分析了自旋相关散射对电流输运的影响     

脉冲远场涡流检测中磁场抑制技术研究

通过传感器结构的合理设计,脉冲远场涡流可用于飞机机身非磁性金属结构中缺陷的检测,但是,传统远场涡流信号微弱,检测灵敏度不高,因此,如何实现对远场涡流的磁场抑制与信号增强,从而改进和提高其检测能力是一个关键问题。本文从抑制远场涡流磁场直接耦合分量的角度出发,仿真设计了带有不同屏蔽结构的传感器模型,分析了不同材料的屏蔽效果,比较了不同模型的缺陷检测灵敏度以及对大厚度平板的检测能力。研究结果表明,基于高导磁材料屏蔽盘的连通磁路传感器对直接耦合分量具有较好的抑制作用,可以缩短过渡区,拉近激励与检测线圈间的距离,提高缺陷的检测灵敏度,其对非磁性平板的检测厚度可扩展至25mm。     

Ag掺杂类钙钛矿Ca(Mn_2Cu_1)Mn_4O_(12)的电磁性能

采用固相反应法制备了系列Ca(Mn2Cu1)Mn4O12/mAg2O多晶类钙钛矿锰氧化物。X射线衍射表明,m≤0.3的样品呈比较纯净的类钙钛矿相,而m>0.3的样品,是由类钙钛矿和金属Ag相组成的复合物。所有样品呈现半导体导电性质,电阻率低于未掺杂的Ca(Mn2Cu1)Mn4O12样品。居里温度测量表明,随着Ag掺杂量的增加,样品的居里温度逐渐升高。对于m=0.3和m=0.6的样品,120K温度和1T磁场下磁电阻比可达-10%左右。     

Magnetoresistance from quantum interference effects in ferromagnets

The desire to maximize the sensitivity of read/write heads (and thus the information density) of magnetic storage devices has stimulated interest in the discovery and design of new magnetic materials exhibiting magnetoresistance. Recent discoveries include the 'colossal' magnetoresistance in the manganites and the enhanced magnetoresistance in low-carrier-density ferromagnets. An important feature of these systems is that the electrons involved in electrical conduction are different from those responsible for the magnetism. The latter are localized and act as scattering sites for the mobile electrons, and it is the field tuning of the scattering strength that ultimately gives rise to the observed magnetoresistance. Here we argue that magnetoresistance can arise by a different mechanism in certain ferromagnets--quantum interference effects rather than simple scattering. The ferromagnets in question are disordered, low-carrier-density magnets where the same electrons are responsible for both the magnetic properties and electrical conduction. The resulting magnetoresistance is positive (that is, the resistance increases in response to an applied magnetic field) and only weakly temperature-dependent below the Curie point.