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.     

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.     

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.     

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。     

纳米磁性多层膜电磁介观特性

利用多靶离子束真空溅射技术制备平面结构为“铁磁金属／非磁性绝缘体／铁磁金属”的纳米多层膜样品．在室温下研究了样品的电磁输运特性．测量了样品的磁致电阻、垂直和平行样品膜面方向的电磁输运特性．研究结果显示了纳米金属磁性多层膜材料的微结构空间位置相关性和电磁输运过程奇异的非定域特性．     

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。     

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.     

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.     

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。     

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.     

Cu层厚度对NiFe／Cu／Co的巨磁电阻效应影响

用磁控射频溅射法制备了ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｃｏ２多层膜;研究了薄膜的磁特性和磁电阻特性与中间层Ｃｕ厚度的关系,在适当的Ｃｕ厚度下,制备出了具有很好自旋阀巨磁阻效应的多层膜。研究表明,在弱磁场下,薄膜的磁电阻回线的斜率与原来的磁化过程有关,因此该薄膜材料可以用于巨磁电阻存储器中。     

La2／3Ca1／3MnO3掺Bi的磁电阻行为

研究了Ｌａ（２－ｘ）Ｂｉｘ／３Ｃａ１／３ＭｎＯ３体系的电阻行为和磁性转变，当ｘ＝０．０，０．２时，样品表现为铁磁转变，居里温度Ｔｃ分别为２６５Ｋ和２４５Ｋ，铁磁转变伴随着半导体－金属转变，对应于磁电阻效应的极大值；当ｘ＝０．４时，样品表现为复杂的磁性转变，样品的电阻率为半导体特性，对应的磁性转变没有半导体，金属转变发生，在ｘ＝０．４和０．６两个样品中，１Ｔ外场下８５Ｋ时获得大于８６％的巨磁电阻效应     

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.     

磁性隧道结自旋极化电子隧穿的温度特性

基于自由电子模型,我们研究了铁磁金属／绝缘体（半导体）／铁磁金属隧道结自旋极化电子隧穿的温度特性。从我们的结论可以定性地解释有关的实验现象。     

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．     

Cu层厚度对NiFe/Cu/Co 的巨磁电阻效应影响

用磁控射频溅射法制备了NiFe/Cu/Co多层膜;研究了薄膜的磁特性和磁电阻特性与中间层Cu厚度的关系.在适当的Cu层厚度下 (大约为2 nm),制备出了具有很好自旋阀巨磁阻效应的多层膜.研究表明,在弱磁场下,薄膜的磁电阻回线的斜率与原来的磁化过程有关,因此该薄膜材料可以用于巨磁电阻存储器中.     

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.     

铁磁/半导体/铁磁异质结中电子的自旋翻转及磁电阻效应

考虑半导体中自旋轨道耦合作用的自旋翻转效应及铁磁半导体边界处的界面势垒作用,研究了自旋极化电子在准一维铁磁/半导体/铁磁(F/S/F)异质结中的输运行为.数值结果表明,随着界面势垒的增大能够实现电子自旋的翻转.随着两边铁磁体磁化方向夹角的变化,磁电阻在夹角为π处出现正负转变,而且磁电阻正负值的绝对值关于夹角π不对称,这些现象均起源于Rashba自旋轨道耦合作用而不是Dresselhaus自旋轨道耦合作用.与Dresselhaus自旋轨道耦合作用相比,Rashba自旋轨道耦合作用更能增大磁电阻效应.     

Co—Ag／Ag颗粒型多层膜中的巨磁电阻效应

研究了Co－Ag（1．8nm）／Ag多层膜的巨磁电阻效应，发现随Ag层厚度的增加，ΔR／R先增加后减小；而且当Co的含量增加时，ΔR／R的峰值向Ag层较厚的方向移动.磁电阻的上述行为是由于相邻磁层中近邻的Co颗粒之间的反铁磁耦合引起的．对于Ag层厚度固定的Co－Ag／Ag多层膜，当Co的含量较低时，ΔR／R随着磁性层厚的增加而单调增加；当Co的含量较高时，ΔR／R在磁性层厚度为2.2nm处有一极大值，这表明在Co－Ag／Ag多层膜中分流效应有重要作用．     

Fe/Al2O3/Fe隧道结的巨磁电阻效应

采用多靶离子束溅射镀膜技术制备了Ｆｅ（２００℃退火）／Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ多隧道样品,研究了隧道结样品的巨磁电阻效应,在室温下获得了５．８９％的巨磁电阻效应,具有甚高场灵敏度并且测量了样品的伏安特性曲线,观察到了非线性的伏安特性曲线,证明了隧道效应的存在。