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。     

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,研究了铁磁金属／绝缘体（半导体）／铁磁金属（ＦＭ／Ｉ（Ｓ）／ＦＭ）隧道结自旋极化电子隧穿的温度特性。从结论可以定性地解释有关的实验现象。     

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.     

温度对铁电隧道结隧穿电阻效应的影响

采用脉冲激光沉积与磁控溅射技术制备Pt/Pb(Zr_(0. 2)Ti_(0. 8)) O_3/Nb:SrTiO_3铁电隧道结,研究环境温度对隧道结隧穿电阻效应的影响.结果表明:随环境温度的增加,隧穿电阻比值减小,这可归结为热发射机制的增强削弱了高低阻态间的差别.     

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。     

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。     

双势垒磁性隧道结中电子的自旋极化输运

 采用相干量子输运理论和传递矩阵方法,数值计算了两端具有铁磁接触的双势垒异质结构(F/DB/F)中自旋相关的隧穿几率和自旋极化率。结果表明,隧穿几率和自旋极化率随阱宽的增加发生振荡周期不随垒厚变化的周期性振荡;Rashba自旋轨道耦合强度的增加加大了隧穿几率和自旋极化率的振荡频率;隧穿几率和自旋极化率的振幅和峰谷比强烈依赖于两铁磁电极中磁化方向的夹角。与铁磁/半导体/铁磁（F/S/F）磁性隧道结中的结果相比,发现垒厚的增加增大了隧穿几率和自旋极化率的峰谷比,自旋极化率的取值明显增大,并具有自旋劈裂和自旋翻转现象出现。     

多重双势垒结构中电子共振隧道效应的理论研究

研究了一维多重双势垒结构中电子共振隧穿效应，给出了透射系数和共振隧穿条件的解析表达式，数值计算并解释了随双势垒内外讲宽度差△ｄ变化的共振隧穿透射能谱，与对应的多重单势垒结构相比，这种多重双势垒结构显示出一些有趣的性质．     

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.     

Tantalum oxide barrier in magnetic tunnel junctions

Tantalum as an insulating barrier can take the place of Al in magnetic tunnel junctions (MTJs). Ta barriers in MTJs were fabricated by natural oxidation. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to characterize the oxidation states of Ta barrier.The experimental results show that the chemical state of tantalum is pure Ta5+ and the thickness of the oxide is 1.3 nm. The unoxidized Ta in the barrier may chemically reacted with NiFe layer which is usually used in MTJs to form an intermetallic compound,NiTa₂. A magnetic "dead layer" could be produced in the NiFe/Ta interface. The "dead layer" is likely to influence the spinning electron transport and the magnetoresistance effect.     

Spin-torque diode effect in magnetic tunnel junctions

There is currently much interest in the development of 'spintronic' devices, in which harnessing the spins of electrons (rather than just their charges) is anticipated to provide new functionalities that go beyond those possible with conventional electronic devices. One widely studied example of an effect that has its roots in the electron's spin degree of freedom is the torque exerted by a spin-polarized electric current on the spin moment of a nanometre-scale magnet. This torque causes the magnetic moment to rotate at potentially useful frequencies. Here we report a very different phenomenon that is also based on the interplay between spin dynamics and spin-dependent transport, and which arises from unusual diode behaviour. We show that the application of a small radio-frequency alternating current to a nanometre-scale magnetic tunnel junction can generate a measurable direct-current (d.c.) voltage across the device when the frequency is resonant with the spin oscillations that arise from the spin-torque effect: at resonance (which can be tuned by an external magnetic field), the structure exhibits different resistance states depending on the direction of the current. This behaviour is markedly different from that of a conventional semiconductor diode, and could form the basis of a nanometre-scale radio-frequency detector in telecommunication circuits.     

铁磁/半导体/铁磁隧道结中的隧穿磁电阻

采用相干量子输运理论和传递矩阵方法研究了具有不同自旋指向的极化电子渡越铁磁/半导体/铁磁隧道结的隧穿几率和隧穿磁电阻。研究表明隧穿几率和隧穿磁电阻随半导体长度的改变发生周期性变化、随Rashba自旋轨道耦合强度的改变发生准周期变化,并且在两铁磁电极中磁矩取向平行时,选择适当的半导体的长度和Rashba自旋轨道耦合强度可以得到较大的隧穿磁电阻。     

一维方势垒中有Dresselhaus自旋轨道耦合的电子输运

根据有Dresselhaus自旋轨道耦合作用和外加偏压的电子哈密顿量,通过传递矩阵的方法计算势垒内和势垒外的波函数,从而计算出在有外加偏压情况下单势垒的电子隧穿透射系数,研究了Dresselhaus自旋轨道耦合作用及外加偏压对电子自旋输运的影响.     

基于磁性纳米颗粒的温度测量理论模型误差研究

磁性纳米颗粒温度测量技术是一种新型、非接触式磁学测温方法,可以实现肿瘤热疗法中的在体温度实时监测等极端条件下的温度测量,但该技术伴随的温度测量误差问题,严重制约其在更多领域的应用和推广.针对这一问题,从郎之万函数泰勒级数展开式的不同展开项、激励磁场幅值、信噪比三个方面,并通过仿真和实验,分析验证了不同项数的泰勒级数展开项数对温度误差的影响.结果表明,利用五项泰勒级数展开项数逼近郎之万函数,增加激励磁场强度,提高信噪比等方法,能够从理论上解决磁性纳米颗粒温度测量误差较大的难题.     

Suppressing the formation of SRZ in a Ni-based single crystal superalloy by RuNiAl diffusion barrier

NiAl-based bond coats applied in thermal barrier coating (TBC) systems containing Ru and Pt have been studied in recent years. Interdiffusion between the coatings and the underlying superalloy substrates usually results in degradation of the mechanical properties of the substrates. In this paper, a NiAl/Ru coating was deposited onto a single crystal superalloy DD6 by electroplating and electron beam physical vapor deposition (EB-PVD). Interdiffusion behavior of the NiAl/Ru and NiAl coated specimens at 1100 1 C was comparatively investigated. For the NiAl coated specimen, after 100 h vacuum annealing, beneath the coating there was a 50 mm thickness secondary reaction zone (SRZ) with some needle-like topologically closed pack ed (TCP) phases. However no SRZ was observed in the NiAl/Ru coated specimen. This may be attributed to the RuNiAl that acted as a diffusion barrier to prevent the inward diffusion of Al from the coating and the outward diffusion of refractory elements from the substrate, and hence suppressing the formation of TCP phases and SRZ in the superalloy.     

含单势垒量子隧穿结构电子稳恒输运中的接点效应(英文)

基于散射矩阵理论和费米-托马斯近似,通过对含单势垒的量子隧穿结构的研究,得到了稳恒输运中介观结构的电导特性.结果表明,稳恒条件下接触效应对介观体系中的电子透射以及内部特征势有明显的影响;电势降所呈现的电导特性与经典电路中的基尔霍夫定律相违背,整个介观体系的电阻不能简单地视为接触电阻和散射电阻串联,必须考虑接点和介观器件间的量子相干性.因此,接点效应对于进一步研究介观体系中的电子输运起到非常重要的作用     

隧道火灾上游烟气温度分布规律的实验研究

隧道一旦发生火灾事故,火源上游蔓延烟气温度的高低决定着司乘人员逃生的危险程度。通过分析在1/20小比例尺寸隧道模型中开展的26种隧道较大火灾规模实验场景所对应的实验数据,研究了不同燃料类型、不同隧道截面尺寸的隧道火灾在不同纵向通风风速工况下对火源上游烟气温度的影响。研究结果表明,隧道宽度和纵向风速对顶棚下方烟气温度最大温升影响不大,而隧道高度对其影响较大;此外火源上游烟气温度随着纵向风速的增大而减小,随着隧道横截面尺寸的增大而增大;最后给出了隧道火灾顶棚下方火源上游烟气无量纲温升与无量纲距离的关系模型。