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.     

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.     

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.     

以铁磁绝缘体和铁磁半导体为势垒层的隧道结中的隧穿时间与自旋极化率

基于Winful的隧穿时间模型,对普通金属/铁磁绝缘体/普通金属(NM/FI/NM)、普通金属/铁磁半导体/普通金属(NM/FS/NM) 2种隧道结中的隧穿时间(居留时间和相位时间)和自旋极化率进行了研究.NM/FI/NM结中隧穿电子的自旋极化源于FI层的自旋过滤效应.而NM/FS/NM结中隧穿电子的自旋极化则源于FS层中磁性和Rashba自旋轨道耦合效应的共同作用.计算结果表明:在NM/FI/NM隧道结中,随着铁磁绝缘体层势垒厚度的增加,自旋极化率变化逐渐增加到趋于饱和并始终保持为正值.与之相应的自旋上下电子的居留时间和相位时间也随着增加,但自旋向下电子的隧穿时间总是大于自旋向上电子.铁磁绝缘体层中分子场的增加会导致自旋极化率逐渐增大并始终为正,相应的自旋向下电子的居留时间和相位时间总是大于自旋向上电子,但自旋向上电子的时间逐渐增加而自旋向下电子则相应减少.铁磁绝缘层势垒高度的变化会导致自旋极化率从负到正的转变.当自旋极化率为负时,相应的自旋向上电子的隧穿时间大于自旋向下电子的隧穿时间.在NM/FS/NM结中,由于Rashba自旋轨道耦合作用,自旋向上电子和自旋向下电子的隧穿时间随铁磁半导体层的厚度、分子场和Rashba耦合系数的变化呈现出周期性振荡变化的趋势.与之相应的自旋极化率从正到负,也呈周期性的振荡变化.但当自旋向下电子的隧穿时间大于自旋向上电子的时候,极化率为负,反之为正;这个结果和NM/FI/NM隧道结中的情况刚好相反.     

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。     

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.     

GaMnAs/AlAs/GaAs/AlAs/GaMnAs隧道结的磁致电阻效应

利用k·p微扰和多能带量子传输边界相结合,推导出自旋空间中的量子坐标轴变换矩阵,以及空穴透过GaMnAs/AlAs/GaMnAs/AlAs/GaMnAs双势垒铁磁半导体(FS)隧道结的透射系数和磁致电阻(TMR)理论公式．计算了重空穴和轻空穴透射系数随入射能量的变化,得到TMR与两层FS磁化方向夹角(θ)的关系．研究发现透射系数随着入射能量递增出现明显震荡,相对于非磁性半导体,轻空穴和重空穴透射系数的差值减小;与单势垒隧道结不同,双势垒隧道结中TMR和sin²(θ/2)之间呈现出非线性关系．其结果对磁性半导体隧道结的研究具有一定的参考价值．     

磁性隧道结中自旋相关输运的势垒影响

为了研究势垒对铁磁/绝缘层/半导体/绝缘层/铁磁(FM/I/SM/I/FM)双隧道结中自旋相关电子输运特性的影响,提出了在半导体层厚度合适的情况下,非对称势垒对于提高平行结构磁性双隧道结的自旋注入效率SIE(spin injection efficiency)更具优势.数值计算结果表明,当两势垒强度的比率达到合适数值时双结的SIE和隧穿磁电阻TMR(tunneling magnetore resistance)都将达到最大,这给提高从铁磁到半导体的SIE带来新选择.研究还表明,非对称势垒结构磁性隧道结中增大铁磁交换能对提高SIE和TMR都是有益的,而且铁磁交换能的增加对SIE的提高要比对TMR的提高更显著.     

自旋转移矩驱动的磁化翻转理论研究

采用宏自旋模型和Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski(LLGS)方程讨论了垂直磁化隧道结的磁化翻转,结果表明:(1)减小隧道结自由层的厚度可以加快磁化翻转;(2)通过增加外电场,可以降低自由层的磁各向异性,从而加快磁化翻转速度;(3)双界面五层膜隧道结可以增加自旋极化电流,从而加快磁化...     

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.     

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。     

铁磁／有机／绝燃磁多层膜的隧道磁电阻研究

基于Slonczewski的自由电子近似理论,利用转移矩阵的方法计算了铁磁层／有机层／绝缘层／铁磁层磁性多层结构的隧穿磁电阻（tunnehng magnetic resistance,TMR）。保持有机层的厚度以及绝缘层的势垒高度不变,分别计算了在同一个有机层势垒高度且不同的自旋过滤因子β下的TMR随绝缘层厚度的变化;同时,还研究了在有机层和绝缘层的厚度不变,不同的β下,TMR随有机层势垒U的变化。结果表明,选取适当的β和绝缘层厚度能够获得大的TMR值;TMR随有机层势垒U的增加而增大。我们的计算结果对有机自旋注入、输运以及设计新的有机自旋电子器件的研究有一定的指导意义。     

铁磁体/有机体/铁磁体三明治结构的隧穿磁电阻

对铁磁体/有机体/铁磁体三明治结构的隧穿磁电阻进行了研究.考虑有机层对自旋的过滤作用,用Slonczewski自由电子理论模型计算了不同的隧穿势垒下在高自旋过滤因子和低自旋过滤因子两种情况隧穿磁电阻随有机层厚度的变化.计算结果供设计新的有机自旋电子器件参考.     

Ni80Fe20/Al2O3/Ni80Fe20隧道结的TMR特性

采用离子束溅射和磁控溅射技术制备了Ni80Fe20 Al2O3 Ni80Fe20磁性隧道结.控制样品上下铁磁层的厚度,研究了不同铁磁层厚度对样品隧道结磁电阻效应的影响.结果表明,磁电阻随着铁磁层的厚度变化而振荡.     

基于C纳米管的磁滞隧穿结的自旋输运

文章利用基于密度泛函的第一性原理和格林函数相结合的方法研究了由铁磁性原子（Fe）填充（3,3）C纳米管构成的磁滞隧穿结的自旋输运性质.研究表明,当两导线磁矩平行和反平行时,通过系统的自旋流是不同的,从而导致隧穿磁电阻效应（TMR）.随着偏电压增加,TMR减小,甚至出现负的TMR,文章利用Jullier模型对此给出物理解释.     

Co/Al2O3/FeNi隧道结的中间层厚度对其输运特性的影响

制备了不同Al2O3厚度的Co／Al2O3／FeNi隧道结，并在77K温度下测量了其输运特性。发现随着厚度的增加，TMR下降。但是当Al2O3厚度降为2nm时，磁电阻不再出现典型的双峰曲线，而是呈现高阻和低阻两个状态。测量了隧道结的TMR随外加电压的变化、伏安特性曲线、电阻随温度的变化曲线，综合所有因素，在文中制备条件下，Al2O3厚度为4nm时，隧道结性能最好。