多层结构双自旋过滤隧道结中的电子输运特性

在转移矩阵方法及Mireles和Kirczenow的量子相干输运理论的基础上,研究了正常金属层/磁性半导体层/非磁绝缘层/磁性半导体层/正常金属层型双自旋过滤隧道结中Rashba自旋轨道耦合效应和自旋过滤效应对自旋相关输运的影响.讨论了隧穿磁电阻（TMR）、隧穿电导与各材料层厚度、Rashba自旋轨道耦合强度以及两磁性半导体中磁矩的相对夹角θ之间的关系.研究表明：含磁性半导体层的双自旋过滤隧道结由于磁性半导体层的自旋过滤效应和Rashba自旋轨道耦合作用可获得极大的TMR值.另外TMR和隧穿电导随着Rashba自旋轨道耦合强度的变化而振荡,振荡周期随Rashba自旋轨道耦合强度的增大逐渐减小. 关键词： 双自旋过滤隧道结 Rashba自旋轨道耦合 隧穿磁电阻 隧穿电导     

高磁电阻磁性隧道结的几种微制备方法研究

利用金属掩模法优化了制备磁性隧道结的实验和工艺条件，金属掩模的狭缝宽度为100 μm. 采用4 nm厚的Co₇₅Fe₂₅为铁磁电极和10或08 nm厚的铝氧化物 为势垒膜， 直接制备出了室温隧穿磁电阻（TMR）为30%—48％的磁性隧道结，其结构为Ta(5 nm)/Cu(25 nm)/Ni₇₉Fe₂₁(5 nm)/Ir₂₂Mn₇₈(10 nm)/ Co₇₅Fe₂₅ (4 nm)/Al(08 nm)-O/Co₇₅Fe₂₅(4 nm)/Ni₇₉Fe ₂₁(20 nm)/Ta(5 nm).同时，利用刻槽打孔法和去胶掀离法两种光刻技术并结合Ar离子束刻蚀及化学反应刻 蚀，制备出面积在4 μm×8 μm—20 μm×40 μm、具有室温高TMR和低电阻的高质量磁性 隧道结.300 ℃ 退火前后其室温TMR可分别达到22% 和50%.研究结果表明，采用光刻中的刻 槽打孔或去胶掀离工艺方法制备的小尺寸磁性隧道结，可用于研制磁动态随机存储器和磁读 出头及其他传感器件的磁敏单元. 关键词： 磁性隧道结 隧穿磁电阻 金属掩模法 光刻法     

自旋电子学材料、物理和器件设计原理的研究进展

文章介绍了作者所在实验室在巨磁电阻(GMR)、隧穿磁电阻(TMR)、庞磁电阻(CMR)和反铁磁钉扎薄膜材料以及单晶金属氧化物、高自旋极化率材料、P-N异质结和纳米环磁随机存储器原理型演示器件设计等研究方面取得的一些重要研究成果和进展.例如:在Al-O势垒磁性隧道结材料体系里,获得室温磁电阻超过80%的国际最好结果;获得两种高性能层状反铁磁钉扎材料体系;发现具有大的电致电阻效应的CMR薄膜材料,并可期望用于电流直接进行磁信息写和读操作的磁存储介质;发现双势垒磁性隧道结中的量子阱态共振隧穿和磁电阻振荡效应,以及纳米器件体系中自旋翻转长度的观测新方法,可用于新型自旋电子学材料及相关器件的人工辅助设计;利用电子自旋共振谱探测和研究了金属氧化物的微观自旋结构和各向异性;在[CoFe/Pt]n磁性金属多层膜中,观测到超高灵敏度的反常霍尔效应;利用纳米环状磁性隧道结作为存储单元,研制出一种新型纳米环磁随机存储器MRAM原理型演示器件.     

磁性隧道结电子输运特性的研究

在Slonczewsik自由电子理论模型下,研究了两铁磁性金属电极被一平面磁性势垒隔开的磁性隧道结零偏压下的隧穿电导、自旋极化率和隧穿磁阻比率,研究表明隧道结的磁结构对隧穿电导和隧穿磁阻的值有很大的影响,当两磁性电极分子场方向相同,且都与势垒层分子场反平行时,隧穿电导数值达到最大,两者平行时,其数值最小,同时还分析了分子场的相对取向等对磁性隧道结自旋极化电子输运性质的影响.研究结果对自旋电子器件的设计具有一定的指导意义.     

磁性隧道结电子输运特性的研究

在Slonczewsik自由电子理论模型下,研究了两铁磁性金属电极被一平面磁性势垒隔开的磁性隧道结零偏压下的隧穿电导、自旋极化率和隧穿磁阻比率,研究表明隧道结的磁结构对隧穿电导和隧穿磁阻的值有很大的影响,当两磁性电极分子场方向相同,且都与势垒层分子场反平行时,隧穿电导数值达到最大,两者平行时,其数值最小,同时还分析了分子场的相对取向等对磁性隧道结自旋极化电子输运性质的影响。研究结果对自旋电子器件的设计具有一定的指导意义。     

对称抛物势阱磁性隧道结中的自旋输运及磁电阻效应

研究了两端具有铁磁接触的对称抛物势阱磁性隧道结(F/SPW/F)中自旋相关的隧穿概率和隧穿磁电阻,讨论了量子尺寸效应和Rashba 自旋轨道耦合作用对自旋极化输运特性的影响.研究结果表明:隧穿概率和隧穿磁电阻随抛物势阱宽度的增加发生周期性的振荡.抛物势阱深度的增加减小了隧穿概率和隧穿磁电阻的振荡频率.Rashba 自旋轨道耦合强度的增加加大了隧穿概率和隧穿磁电阻的振荡频率.隧穿概率和隧穿磁电阻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. 关键词： 磁性隧道结 Rashba 自旋轨道耦合 隧穿概率 隧穿磁电阻     

NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结的隧穿电导和隧穿磁电阻

在NM/FI/FI/NM型双自旋过滤隧道结(此处NM为非磁金属层，FI为铁磁绝缘体或半导体层)的基础上，我们提出一种NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结(此处NI表示非磁绝缘体或半导体层). 插入NI层的目的是为了避免原双自旋过滤隧道结中相邻FI层界面处磁的耦合作用所导致的对隧穿磁电阻的不利影响. 在自由电子近似的基础上，利用转移矩阵方法，对NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结的隧穿电导、隧穿磁电阻与FI层及NI层厚度的变化关系以及随偏压的变化关系进行了理论研究.计算结果表明，在NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结中仍可以得到很大的TMR值. 关键词： 双自旋过滤隧道结 隧穿磁电阻 非磁绝缘(半导)体间隔层     

处理具有任意形状势垒的磁性隧道结中电子输运的一个简单方法

在Slonczewski自由电子模型的基础上,提出了一个可用于处理具有任意形状势垒的磁性隧道结中磁电子输运的简单方法,并以三种常见构形的势垒,即梯形势垒,计入了镜像势的梯形势垒和抛物线势垒为例,讨论了势垒形状对隧穿磁电阻及其随偏压变化的影响. 关键词： 磁性隧道结 隧穿磁电阻 任意形状势垒 非零偏压     

双势垒磁性隧道结中量子阱共振隧穿效应的第一性原理理论

磁性隧道结材料中自旋相关的量子阱态所导致的共振隧穿现象具有很重要的研究和应用价值，文章介绍了最近在Fe（001）／MgO／Fe／MgO／Fe双势垒磁性隧道结中存在的量子阱共振隧穿效应的理论研究工作，通过量子阱态的第一性原理的计算以及结合对中间Fe薄膜孤岛结构所导致Coulomb阻塞效应的分析，证实了最近Nozaki等人（Nozaki T et al．Phys．Rev．Lett．，2006，96：027208）实验中得到的振荡效应确实来源于中间Fe层多数自旋电子在Г点处形成的△1对称性的量子阱态．Coulomb阻塞效应的存在正是导致实验中低温下量子阱共振隧穿效应不够明显的主要原因．     

磁性隧道结自旋极化电子的隧穿特性

铁磁金属间通过中间层的自旋极化电子隧穿产生的磁性耦合,在自旋电子器件中有许多潜在的应用.考虑由一平面磁性势垒层隔开的两铁磁性金属电极构成的磁性隧道结,针对中间层形成的矩形势垒,在近自由电子模型的基础上,计算零偏压下的隧穿电导、自旋极化率和隧穿磁阻比率,分析势垒层特性、分子场强弱、分子场相对取向等对隧道结自旋极化电子隧穿特性的影响.计算结果对自旋电子器件的设计具有一定的指导意义.     

Microfabrication and magnetoelectric properties of amorphous magnetic-tunnel-junctions with Co–Fe–B/Al–O/Co–Fe–B hardcore structure

Both single-barrier magnetic tunnel junctions (SBMTJs) and double-barrier magnetic tunnel junctions (DBMTJs) with an amorphous hardcore structure of Co₆₀Fe₂₀B₂₀/Al–O/Co₆₀Fe₂₀B₂₀ were microfabricated. A high TMR ratio of 102.2% at 4.2 K was observed in the SBMTJs after annealing at 265 °C for 1 h. High TMR ratio of 56.2%, low junction resistance-area product RS of 4.6 kΩ μm², small coercivity H_C=25 Oe, and relatively large bias-voltage-at-half-maximum TMR with the value V_1/2 greater than 500 mV at room temperature (RT) had been achieved in such Co–Fe–B SBMTJs. Whereas, high TMR ratio of 60% at RT and 89% at 30 K, low junction resistance-area product RS of 7.8 kΩ μm² at RT and 8.3 kΩ μm² at 30 K, low coercivity H_C=8.5 Oe at RT and H_C=14 Oe at 30 K, and relatively large bias-voltage-at-half-maximum TMR with the value V_1/2 greater than 1150 mV at RT had been achieved in the Co–Fe–B DBMTJs. Temperature dependence of the TMR ratio, resistance, and coercivity from 4.2 K to RT, and applied voltage dependence of the TMR ratio and resistance at RT for such amorphous MTJs were also investigated.     

Transport properties of n-type ferromagnetic semiconductor HgCr2−xInxSe4(x = 0.100)

Measurements of the electrical conductivity, magnetoresistance, and Hall effect were performed on a n-type ferromagnetic semiconductor HgCr_2?xIn_xSe₄(x = 0.100) single crystal from 6.3 to 296 K in magnetic fields up to 1.19×l0⁶A/m. The conductivity decreases rapidly near the Curie temperatureT_c (≈120 K) as the temperature is raised. A large peak in the magnetoresistance is observed near T_c. The Hall effect measurements indicate that the temperature dependence of the conductivity and the magnetoresistance are due mostly to a change in electron mobility. The electron mobility is 1.2 × 10^?2 m²/V · s at 6.3 K, and decreases rapidly near T_c with the rise in temperature. Then it increases slowly from 5.5 × 10^?4 m²/V · s at 160 K to 7.5 × 10^?4 m²/V · s at 241 K. This temperature dependence of the electron mobility can be explained in terms of the spin-disorder scattering which takes into account the exchange interaction between charge carriers and localized magnetic moments.     

γ-LiAlO2晶体生长、改性和热学性质研究

采用快速提拉法生长出了透明、完整的γ-LiAlO₂晶体，但是晶体的高熔点和易 挥发性限制了γ-LiAlO₂晶体质量.采用气相传输平衡法（vapor transport equilibra tion technique,VTE）工艺对晶体改性，半高宽（FWHM）值从1169arcsec降至442arcsec，继续升高VTE处理温度至1300℃，FWHM值反而升高至552arcsec.快速提拉法生长出来晶体，100］方向和［001］方向的热膨胀系数分别为172398×10^-6/K，107 664×10^-6/K.经过三步VTE处理后［100］和［001］方向热膨胀系数降至16 6539×10^-6/K和101784×10^-6/K. 关键词： 2')" href="#">γ-LiAlO₂ 气相传输平衡法 热膨胀系数     

Bias voltage and temperature dependence of magneto-electric properties in double-barrier magnetic tunnel junction with amorphous Co-Fe-B electrodes

Bias voltage and temperature dependence of magneto-electric properties in double-barrier magnetic tunnel junctions(DBMTJs) with a structure of [IrMn/CoFe/Ru/CoFeB]/Al-O/CoFeB/Al-O/[CoFeB/Ru/CoFe/IrMn], have been investigated. The DBMTJs show a large tunnel magnetoresistance (TMR) ratio of up to 57.6%, a high V_1/2 value of 1.26 V and small switching field H_c of 9.5 Oe at room temperature (RT). The TMR reaches the maximum at 30 K, about 89.0%, and decreases slightly from 30 to 4.2 K. A novel zero-bias anomaly (ZBA) in the P state is found and is temperature dependent, more sharply at low temperature, whereas a normal ZBA exists in the AP state. These effects are ascribed to magnon-, phonon- and impurity-assisted tunneling, and variation of density of states. The DBMTJ with a large TMR ratio, a high V_1/2, and small switching field H_c is promising for developing the future spin electronic devices.     

磷掺杂纳米硅薄膜的研制

用PECVD薄膜沉积方法,成功地制备了磷掺杂纳米硅(nc-Si:H(P))薄膜.用扫描隧道电镜(STM)、Raman散射、傅里叶变换红外吸收(FTIR)谱、电子自旋共振(ESR)、共振核反应(RNR)技术对掺磷纳米硅进行了结构分析,确认了样品的微结构为纳米相结构.掺磷后膜中纳米晶粒的平均尺寸d减小,一般在25—45nm之间,且排列更加有序.掺磷nc-Si:H膜具有较高的光吸收系数,光学带隙在173—178eV之间,和本征nc-Si:H相同.掺杂nc-Si:H薄膜电导率在10^-1关键词：     

Influence of thickness and band structure of insulating barriers on resistance and tunneling magnetoresistance properties of magnetic tunnel junctions with Al-oxide and Ti-alloyed Al-oxide barriers

We investigated the influence of insulating barrier thickness and the Ti composition dependence of the band structure of Al-oxide on the resistance and tunneling magnetoresistance (TMR) behavior of the magnetic tunnel junction (MTJ). Low resistance × area (RA) value (1.1 MΩ μm²) was achieved by decreasing the Al-oxide thickness down to 1.0 nm. However, this led to the partial oxidation of the bottom ferromagnetic (FM) electrode of the junction and non-continuous thin barriers by the occurrence of pinholes, with low TMR ratio of 8.3%. For an alternative for low RA value, we developed a new Ti-alloyed Al-oxide (TiAlO_x) that had lower band gap than Al-oxide as an insulating barrier of MTJ. As the Ti concentration increased up to 5.33 at.% Ti in Al, the RA value of the MTJs was reduced from 9.5 to 0.69 MΩ μm², owing to the band-gap reduction of TiAlO_x caused by the formation of extra bands, mainly composed of Ti-3d orbitals, within the band gap. It was analyzed that TiAlO_x has localized d states in the band gap below the conduction band. In addition, the TMR ratio increased with the Ti concentration and reached a maximum of 49% at 5.33 at.% Ti owing to the microstructural evolution of Ti–Al alloy film in the pre-oxidation state.     

巨磁电阻材料La0.9Sr0.1MnO3与半导体Si组成的二极管的整流特性

掺杂锰氧化物La_0.9Sr_0.1MnO₃薄膜被直接沉积在n型 硅基片上，构成p-n结.这种p-n结在很宽的温度范围内都有很好的整流特性.研究结果表明， 这种p-n结的结电阻对低磁场敏感，在3×10^-2T的磁场下，磁电阻可达70％.磁 电阻的正负依赖于温度.磁电阻的大小可通过加在p-n结上的电压调节.     

Sr2Fe1－xCoxMoO6体系中Co的元素替代效应

在成功制备具有双钙钛矿结构Sr₂Fe_1-xCo_xMoO₆系列样品的基础上，对其结构、输运性质和磁性质进行了系统研究.结果发现，随着Co替代浓度x值的增加，样品的电阻率-温度关系由半金属行为转变为半导体行为，其室温电阻率从3.9×10^-5Ω·cm增大到6.0×10^-1Ω·cm；样品由亚铁磁体转变成反铁磁体，其磁相变温度T_N值也随之下降; Co对Fe的部分替代使其磁电阻效应受到抑制.基于对其电子结构的分析，其磁电阻效应的起源以及Co的元素替代效应也在文中进行了讨论. 关键词： 双钙钛矿结构 2FeMoO₆')" href="#">Sr₂FeMoO₆ 磁电阻     

Li2Mo2O6多晶材料的结构与电性能的研究

本文用固相反应烧结制备出Li₂Mo₂O₆多晶材料。经X射线分析、红外光谱和电子顺磁共振谱(EPR)的研究,确定了它的结构是Li₂Mo₂O₄和MoO₂两个晶相组成的烧结体。钼离子以四价状态存在于MoO₂晶相结构中。采用交流阻抗谱分析了晶界与温度变化的相关性。测得了样品的ln(σ_总T)-1/T 曲线是由两段直线和一段曲线所组成;总电导率化能σ_27℃=1.36×10^-3(Ω·cm)^-1,σ_115℃=1.49×10^-3(Ω·cm)^-1,σ_300℃=9.71×10^-3(Ω·cm)^-1,σ_370℃=2.42×10^-3(Ω·cm)^-1;电导活化能E₁=0.043eV,E₂=0.235eV,E_平均=0.76eV。采用维格纳极化电池法测得电子电导率σ_e,σ_e27℃=2.240×10^-5(Ω·cm)^-1,σ_e300℃=4.476×10^-3(Ω·cm)^-1。实验证明,室温下材料为固体电解质,300℃附近为良好的离子与电子混合导体。 关键词：     

质子注入MBE碲镉汞n-on-p结性能研究

基于中波响应波段的分子束外延碲镉汞薄膜材料成功制备出不同质子注入剂量的大光敏元(5 00μm×500μm)的n-on-p结构的p-n结，并对相应的p-n结的电流-电压（I-V）特性进行 了研究.质子注入剂量为2×10¹⁵cm^-2时R₀A达312.5Ω ·cm²，低温热处理后达490Ω·cm². 关键词： I-V特性 碲镉汞薄膜 质子注入 p-n结