隧道磁阻效应原理研究取得新进展

磁隧道结是磁随机存储器中的核心部件．寻找具有良好隧道磁阻效应的磁隧道结是制造性能优良的磁随机存储器的关键，是目前的研究热点之一．近年来，人们发现基于氧化镁绝缘层的磁隧道结在常温下具有非常巨大的隧道磁阻，大量的实验研究工作测出了相当多的试验数据．同时，一些研究组也做过相应的理论计算，但是计算结果与实验数据一直符合得不好．     

自旋反转效应对铁磁/绝缘层/铁磁结中的隧道磁电阻的影响

考虑到自旋反转效应,用量子力学隧穿方法,计算铁磁/绝缘层/铁磁结中的隧道磁电阻,计算结果表明自旋反转使铁磁/绝缘层/铁磁结中的隧道磁电阻减小.     

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.     

铁磁体／绝缘层／p波超导体隧道结中自旋极化准粒子的输运

考虑到结界面的粗糙散射情形下,研究了铁磁体／绝缘层/p波超导体隧道结的隧道电导谱．发现铁磁体／绝缘层/p波超导体隧道结的隧道谱中存在零偏压电导峰、零偏压电导凹陷．铁磁体的磁交换能对Andreev反射有抑制作用,降低了结的微分电导．结界面的势垒散射和粗糙散射对结的隧道电导均有影响．     

杂质和粗糙界面散射影响下NIS结的隧道谱和束缚态

在正常金属/绝缘层/s波超导隧道结中,考虑绝缘层中的体杂质散射以及粗糙界面散射,运用Blon-der-Tinkham-Klapwijk(BTK)理论和Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,计算系统的微分电导.计算表明:(1)电导峰的位置与绝缘层的厚度密切相关,当绝缘层厚度具有几个相干长度时,隧道谱中的能级谐振峰数目增多,从而在超导能隙内形成一些束缚态;(2)粗糙界面散射和绝缘层中的杂质散射均能有效地压低电导峰,由此可解释理论与实验间尚存的偏差.     

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.     

铁磁/绝缘层/有机半导体/铁磁多层膜隧道结的隧穿磁电阻的温度和偏压特性研究

采用Slonczewski的近自由电子模型, 利用转移矩阵的方法, 研究了铁磁/绝缘层/有机半导体/铁磁隧道结的自旋极化载流子隧穿的温度和偏压特性. 计算了T=4 K和T=300 K时, 隧穿磁电阻(Tunneling Magnetic Resistance, TMR)随偏压的变化关系, 同时还研究了零温时在有限偏压下隧穿磁电阻TMR与绝缘层厚度、有机半导体层厚度以及铁磁/有机半导体界面势垒U的变化关系. 我们的计算结果较好地解释了有关的实验 结论.     

铁磁-绝缘层-d波超导结中的自旋电流

考虑到铁磁层中的磁交换作用,以及绝缘层中的粗糙散射、自旋反转和磁散射效应,通过求解Bogoliubov-de-Gennes(BdG)方程,计算铁磁-绝缘层-d波超导结中的自旋电流.研究表明:粗糙界面散射可使自旋流增强,而自旋反转和磁散射效应能抑制自旋流.     

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.     

Anomalies of tunnel spectra in normal metal/insulator/d-wave superconductor junctions under the influence of insulator square barrier——Study under the condition of superconducting phase factor ψ±=0

以方势垒描述N/I/d波超导体结中绝缘层对准粒子输运的影响,在超导相位因子ψ±=0的情况下,利用Bogoliubov-de Gennes(BdG)方稃和Blonder-Tinkhanl-Klapwijk(BTK)理论,计算了N/I/d波超导体结的隧道谱.研究表明:(1)在ψ±=0的情况下,N/I/d波超导体结的隧道谱中出现了零偏压电导峰,零偏压电导峰的出现及形状强烈地依赖于绝缘层的厚度和绝缘层的势垒值;(2)绝缘层以方势垒描述较之以δ势描述更为优越.     

非磁金属中间层对磁性隧道结磁电阻效应的影响

用自由电子近似方法对具有非磁金属中间层的磁性隧道结的磁电阻进行了研究，从理论上讨论了非磁金属中间层对磁电阻的影响。数值计算结果表明，当外加偏压不同时非磁金属中间层的作用是不同的。在外加电压使电子从非磁金属中间层穿过势垒的情况下，非磁金属中间层的变厚可以增强隧穿磁电阻效应。这一性质可以用于磁性隧道结的优化。     

绝缘层方势垒影响下N／I／d波超导体结隧道谱的奇异性——超导相位因子φ±=0情况下的研究

以方势垒描述N／I／d波超导体结中绝缘层对准粒子输运的影响,在超导相位因子ψ±=0的情况下,利用Bogoliubov-de Gennes（BdG）方程和Blonder—Tinkham-Klapwijk（BTK）理论,计算了N／I／d波超导体结的隧道谱．研究表明：（1）在ψ±=0的情况下,N／I／d波超导体结的隧道谱中出现了零偏压电导峰,零偏压电导峰的出现及形状强烈地依赖于绝缘层的厚度和绝缘层的势垒值;（2）绝缘层以方势垒描述较之以艿势描述更为优越．     

铁磁金属/绝缘体/铁磁半导体/普通金属 (FM/I/FS/NM)磁性隧道结中的隧穿磁电阻效应

在已有的单自旋过滤磁性隧道结铁磁金属/绝缘体/铁磁绝缘体/普通金属(FM/I/FI/NM)研究的基础上,将其中的铁磁绝缘层(FI)换为铁磁半导体层(FS),研究了铁磁金属/绝缘体/铁磁半导体/普通金属(FM/I/FS/NM)磁性隧道结中的隧穿磁电阻(TMR)现象.结果表明:由于FS层中的自旋过滤效应和Rashba自旋轨道耦合的影响,FM/I/FS/NM结可以在FS层厚度较大的情况下获得非常大的TMR值,从而避免已有的FM/I/FI/NM单自旋过滤结(FI表示铁磁绝缘层)中TMR随FI层厚度增加而下降所导致FI层不能做的太厚带来的制备上的困难.同时,计算结果还显示,FM/I/FS/NM结的TMR随铁磁半导体层FS的厚度,FS层中的Rashba自旋轨道耦合强度和分子场的变化呈振荡变化,随绝缘层I厚度的增加呈饱和趋势.     

磁性多层膜的磁滞回线和磁阻曲线的唯像理论研究

基于相干转动的局域能量极小模型和经典的热激活模型研究了包含二次、双二次耦合的磁性多层膜的磁化过程。计算结果表明双二次耦合和磁层的层数对多层膜的磁相图、磁滞回线、磁阻曲线都有重要的影响。在有限温度下，热激活使得磁性多层膜的磁状态间发生跳跃而达到动态平衡。当引入了具有高斯分布的微磁畴元后，计算了系统的磁状态，得到了不同温度下的磁滞回线和磁阻曲线。计算结果较好地解释了形态各异的磁滞回线和磁阻曲线。     

正常金属—绝缘层—d波超导结中的隧道谱与散粒噪声

在正常金属-绝缘层-d波超导隧道结中，考虑到绝缘层的势垒散射效应，运用Bogoliubov-de Gennes方程和Blonder-Tinkham-Klapwijk理论模型，计算系统的微分电导和散粒噪声随偏压的变化关系，研究表明，绝缘层的势垒高度与绝缘层的厚度都能使：（1）零偏压电导峰变得尖锐；（2）微分散粒噪声的峰位置向零偏压处位移；（3）散粒噪声功率与平均电流的比值随绝缘层厚度与高度的增大在大偏压下趋于2e值。     

隧道量子对称结的制备工艺、特性和Swihart模

本文研究隧道量子对称结的制备工艺和阳极氧化电压谱图特性（ＡＶＳ），发现亲近效应消失，高质量结在势垒厚度大于７ｎｍ时获得。同时推演了结的Ｓｗｉｈａｒｔ模，讨论并代入参量计算比较，证实结内Ｓｗｉｈａｒｔ模的必然存在     

Zn0.5Fe2.5O4-(α-Fe2O3)多晶隧道结磁致电阻材料合成与制备

以PVA为分散介质,通过低温固相反应合成了组成结构均匀的单相超微Zn0.5Fe2.5O4颗粒,然后经成型、高温气氛控制反应烧结成功制备得到具有Zn0.5Fe2.5O4-（α-Fe2O3）双相微结构的多晶隧道结磁致电阻材料.利用DAT/TG、IR、XRD、SEM和VSM-4探针磁电阻测定等技术,就超微Zn0.5Fe2.5O4颗粒的合成和Zn0.5Fe2.5O4-（α-Fe2O3）多晶隧道结磁致电阻材料的微结构特征及其磁致电阻效应进行了初步测定和分析讨论.研究发现,不同溶液动力学条件下合成粉体的粒径明显不同,且在烧结过程中一定氧分压的存在有利于绝缘层的形成.     

正常金属/绝缘层/s波超导隧道结中的隧道谱

以方势垒描述绝缘层,考虑正常金属区域的杂质散射,运用Bogoliubov-deGennes(BdG)方程和Blonder-Tinkham-Klapwijk(BTK)理论,对正常金属/绝缘层/s波超导隧道结(NIS结)中的隧道谱作进一步研究.研究表明:(1)在U0>EF的情况下,微分电导随绝缘层宽度的增加而衰减,偏压不同,衰减的程度不同;(2)衰减能压低能隙电导峰;(3)较小的杂质散射即能在隧道谱的零偏压凹陷峰中感应出一小峰.     

正常金属调制层对超导隧道结微分电导的影响

在考虑绝缘层厚度的基础上,运用Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程和Blonder-Tinkham-Klapwijk(BTK)理论模型,计算了含有正常金属调制层的铁磁金属/绝缘层/正常金属/s波超导隧道结(FINS结)中的准粒子输运系数和微分电导。计算结果表明,微分电导随正常金属调制层厚度的变化呈周期性振荡,振荡周期与外加偏压有关;当金属调制层厚度较薄时,邻近效应将导致在金属层中有铁磁性和超导性共存的可能性。     

正常金属调制层对超导隧道结微分电导的影响

在考虑绝缘层厚度的基础上,运用Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程和Blonder-Tinkham-Klapwijk(BTK)理论模型,计算了含有正常金属调制层的铁磁金属/绝缘层/正常金属/s波超导隧道结(FINS结)中的准粒子输运系数和?分电导.计算结果表明,微分电导随正常金属调制层厚度的变化呈周期性振荡,振荡周期与外加偏压有关;当金属调制层厚度较薄时,邻近效应将导致在金属层中有铁磁性和超导性共存的可能性.