多铁异质结中磁矩与自旋的调控

发布时间：2020-12-09 11:14

　　近些年来,为了发展下一代自旋电子学器件,人们针对电学调控磁性异质结性能进行了大量的研究工作。电学调控的方法主要有两种,即电流方法和电压方法。在电压方法中,多铁材料由于具有强的磁电耦合效应而受到广泛关注。目前,通过多铁材料的磁电耦合效应实现的电学调控已经是自旋电子学的热门研究方向之一。本论文探索了多铁材料在自旋电子学器件中应用的可能性,对多铁异质结中的垂直磁各向异性(PMA)和自旋输运行为进行了系统的研究。论文取得的主要创新性成果如下:(1)在室温下实现了 BiFeO3(BFO)/Al2O3/Pt/Co/Pt多铁异质结的PMA。发现其在不同极化场方向下的矫顽力发生了 400%的变化。研究表明,这种变化的原因是Pt/Co界面处氧化程度的不同。这种自发极化所导致的改变不仅提供了一个研究多铁异质结中界面效应的平台,而且为人们通过氧空位调控PMA以及SOT提供了一种新的可能性。(2)提出了一种调控自旋霍尔角(SHA)和自旋轨道转矩(SOT)效应的方法。在BFO基多铁异质结中实现了 SOT诱导磁矩的完全翻转。发现其临界电流在相反方向的BFO自发极化场下变化了 300%。研究表明,异质结的有效SHA... 

【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：117 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图２－１计算机存储技术的层级结构和对应可以替代的自旋存储器件??－４－??

烈变化??的现象被称为ＧＭＲ效应。ＩＢＭ的Ｐａｒｋｉｎ等人［４，５］则利用磁控溅射技术，在??Ｃｏ／Ｃｕ多层膜中也实现了?ＧＭＲ效应。他们发现Ｃｏ层中的反铁磁耦合随着??Ｃｕ的厚度发生周期性变化，从而实现对ＧＭＲ效应的调制［６，＇ＧＭＲ发现后，??不到１０年即被应用在磁记录硬盘的读头上，大幅提高了硬盘存储密度，对自??旋电子学的发展有重大意义。??８關｜．一?６嘗??ＪＬ?＼??１?，?ｔ?Ｗ；＞??ｎ？９你?Ｍｅ?ＡＱｉ?－２０?－１０?０?１０?２０??？?？?？??图２－２?（ａ）?Ｆｅ／Ｃｒ超晶格体系中的磁电阻曲线ｍ和（ｂ）?Ｃｏ／Ｃｕ多层膜的磁电阻??曲线１６１??ＧＭＲ效应的是源于电子输运的自旋相关散射，它可以用双电流模型解释??［８］。在磁性金属中，由于能带结构的劈裂，导致了铁磁材料费米面处自旋向??上和向下的态密度不相同，而散射速率与各自的态密度相关。因此自旋向上??和向下的电子散射速率和电阻都是不同的。如图２－３所示，我们将传导电子??的输运行为分为自旋向上和向下两个导电通道。两个通道分别独立载流，相??－５?－??

膜膜面［１（），＂］。??Ｐａｒａｌｌｏｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?（Ｐ）?Ａｎｔｉ－ｐａｒａｌｌｏｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?（ＡＰ）??二??Ｆ?ＮＭ?Ｆ?Ｆ?ＮＭ?Ｆ??ＣＰＰ?冬?：?ｉ?？备?＼?Ｖ？??ｒＮＯｈＨＢＢＫｌ?ｒ＾ｉａＨＥｆｆｈ??Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ????ｃｉｒｃｕｉｔ???Ｉ?１???，??…的—１?￣Ｂ３—１??????ｈ?１?１??Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?Ｒ?＝?Ｒ?＝??Ｒ?＋?ｒ?４??图２－３双电流横型??随着自旋阀的发现，室温磁电阻比值被大幅提高［１２］。美国ＩＢＭ公司很快??将其运用到实际的硬盘读出磁头中，将原有的磁记录密度提高了?１７倍，并实??现了大规模工业生产［１３］。目前，硬盘的磁存储密度己经突破２ＴＢ／ｉｎｃｈ２，这??引发了信息时代的巨大变革。随着技术的进步，存储密度还会有很大提升。??随着ＧＭＲ效应的广泛应用，同时也带动了?ＴＭＲ效应的发展。我们将铁??磁层／绝缘体／铁磁层多层膜结构称为铁磁隧道结（Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｔｕｎｎｅｌ?Ｊｕｎｃｔｉｏｎ，??－６－??

【参考文献】：
期刊论文
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[4]单相多铁性材料——极化和磁性序参量的耦合与调控[J]. 王克锋,刘俊明,王雨.  科学通报. 2008(10)
[5]单相磁电多铁性体研究进展[J]. 迟振华,靳常青.  物理学进展. 2007(02)



本文编号：2906780