磁性外延异质结构薄膜中的光发射电子显微学研究
发布时间：2021-06-10 21:10
自旋电子学作为一门快速发展的学科对于物理学前沿理论的开拓与信息技术的进步都具有重要的意义,而作为自旋电子器件核心结构的磁性纳米多层膜体系也因此成为了人们关注的焦点。这其中一个重要的研究领域就是关注磁性薄膜体系中受表面界面等因素调控的磁畴结构。光发射电子显微镜可以兼容多种光源实现激发过程,同时对于表面信息更为敏感,因此成为了研究薄膜体系中磁畴结构的重要技术手段。另一方面,深紫外激光技术的重大突破使得光发射电子显微镜摆脱大型同步辐射装置的限制而开展磁畴结构研究变为了可能。因此本论文以光发射电子显微镜作为核心表征技术手段,在具有单晶外延结构的铁磁/反铁磁异质薄膜体系中开展了关于近费米能级的光电子激发磁成像技术的探索,主要成果如下:（1）以偏振态可调的177.3 nm深紫外激光作为激发光源接入光发射电子/低能电子显微镜（PEEM/LEEM）系统并实现了优于20 nm空间分辨率的表面观测。设计样品传输装置并完成了光发射电子显微镜与分子束外延联合系统的搭建工作,使得在单晶薄膜体系中开展PEEM磁成像观测实验具备了技术条件。（2）在具有外延结构的高质量FePt薄膜中利用深紫外激光-光发射电子显微镜作...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
过往40年集成芯片性能的进化趋势（数据来自GitHub）
第 1 章 绪论半导体领域的发展具有蓝图意义的摩尔定律[5]。在这一进程中起决定性作用集成器件的特征尺寸。对于晶体管而言，更小的沟道长度可以实现信息的更递，这一点从近 40 年中央处理器（CPU）时钟频率的提升可以看出（图 1.1），的收益就是功耗的降低与集成度的提高，这与摩尔定律相对应。但是当器件征尺寸进入到纳米量级时量子效应的干预与漏电流导致的能耗增加使得集路的发展遇到了瓶颈[6, 7]，此时人们开始考虑对电荷之外的电子另一内禀属旋加以利用并由此形成了自旋电子学（Spintronics）。自旋电子学的发展始于巨磁电阻（giantmagnetoresistance，GMR）效应的发上世纪 80 年代，法国的 Albert Fert 教授[8]与德国的 Peter Grünberg 教授[9, 10]组分别在具有反铁磁耦合的Fe/Cr超晶格体系中发现了巨大的磁电阻效应并双电流模型对此做出了解释（图 1.2）。
磁性外延异质结构薄膜中的光发射电子显微学研究NiFe 层的顶钉扎作用下，施加外场可以实现两铁磁层平行态与反平行态的切而产生 GMR 效应。这一构型随后被 IBM 公司应用于新一代硬盘读头设计取代了基于各向异性磁电阻（anisotropicmagnetoresistance，AMR）效应的读硬盘的信息存储密度由此得到了大幅度提升[16]。此后希捷公司在 2004 开发一代基于非晶势垒层隧道结的硬盘读头并于 2009 年将势垒升级为 MgO，由硬盘碟片存储密度提升至 800 Gb/inch2。图 1.3 显示了硬盘读头技术的发展，得益于 GMR 与 TMR 效应的应用与存储方式的革新，机械硬盘的存储密过往的几十年得到了显著提升，对信息技术发展产生了巨大的推动作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁性斯格明子:前景与挑战[J]. 丁海峰,缪冰锋,Kirsten von Bergmann. 物理. 2017(05)
[2]过量B的Ta/CoFeB/MgO薄膜垂直各向异性和温度稳定性的增强[J]. 常远思,李刚,张颖,蔡建旺. 物理学报. 2017(01)
[3]PEEM/LEEM技术在两维原子晶体表面物理化学研究中的应用[J]. 宁艳晓,傅强,包信和. 物理化学学报. 2016(01)
[4]深紫外激光光发射电子显微镜（PEEM）[J]. 曹凝,傅强,包信和. 中国科学院院刊. 2012(01)
[5]同步辐射X射线磁二色性在自旋电子学研究中的应用[J]. 吴义政. 物理. 2010(06)
[6]深紫外全固态激光源[J]. 许祖彦. 中国激光. 2009(07)
[7]深紫外非线性光学晶体及其应用[J]. 陈创天,刘丽娟. 硅酸盐学报. 2007(S1)
本文编号：3223127
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
过往40年集成芯片性能的进化趋势（数据来自GitHub）
第 1 章 绪论半导体领域的发展具有蓝图意义的摩尔定律[5]。在这一进程中起决定性作用集成器件的特征尺寸。对于晶体管而言，更小的沟道长度可以实现信息的更递，这一点从近 40 年中央处理器（CPU）时钟频率的提升可以看出（图 1.1），的收益就是功耗的降低与集成度的提高，这与摩尔定律相对应。但是当器件征尺寸进入到纳米量级时量子效应的干预与漏电流导致的能耗增加使得集路的发展遇到了瓶颈[6, 7]，此时人们开始考虑对电荷之外的电子另一内禀属旋加以利用并由此形成了自旋电子学（Spintronics）。自旋电子学的发展始于巨磁电阻（giantmagnetoresistance，GMR）效应的发上世纪 80 年代，法国的 Albert Fert 教授[8]与德国的 Peter Grünberg 教授[9, 10]组分别在具有反铁磁耦合的Fe/Cr超晶格体系中发现了巨大的磁电阻效应并双电流模型对此做出了解释（图 1.2）。
磁性外延异质结构薄膜中的光发射电子显微学研究NiFe 层的顶钉扎作用下，施加外场可以实现两铁磁层平行态与反平行态的切而产生 GMR 效应。这一构型随后被 IBM 公司应用于新一代硬盘读头设计取代了基于各向异性磁电阻（anisotropicmagnetoresistance，AMR）效应的读硬盘的信息存储密度由此得到了大幅度提升[16]。此后希捷公司在 2004 开发一代基于非晶势垒层隧道结的硬盘读头并于 2009 年将势垒升级为 MgO，由硬盘碟片存储密度提升至 800 Gb/inch2。图 1.3 显示了硬盘读头技术的发展，得益于 GMR 与 TMR 效应的应用与存储方式的革新，机械硬盘的存储密过往的几十年得到了显著提升，对信息技术发展产生了巨大的推动作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁性斯格明子:前景与挑战[J]. 丁海峰,缪冰锋,Kirsten von Bergmann. 物理. 2017(05)
[2]过量B的Ta/CoFeB/MgO薄膜垂直各向异性和温度稳定性的增强[J]. 常远思,李刚,张颖,蔡建旺. 物理学报. 2017(01)
[3]PEEM/LEEM技术在两维原子晶体表面物理化学研究中的应用[J]. 宁艳晓,傅强,包信和. 物理化学学报. 2016(01)
[4]深紫外激光光发射电子显微镜（PEEM）[J]. 曹凝,傅强,包信和. 中国科学院院刊. 2012(01)
[5]同步辐射X射线磁二色性在自旋电子学研究中的应用[J]. 吴义政. 物理. 2010(06)
[6]深紫外全固态激光源[J]. 许祖彦. 中国激光. 2009(07)
[7]深紫外非线性光学晶体及其应用[J]. 陈创天,刘丽娟. 硅酸盐学报. 2007(S1)
本文编号：3223127
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