第五讲 自旋极化输运及隧道巨磁电阻效应

简要回顾了利用量子隧道效应测定铁磁金属传导电子自旋极化率的研究历史，综述了自旋极化电子隧穿产应导致的“铁磁金属／非磁绝缘体／铁磁金属”三层平面型隧道结中的巨磁电阻效应以及“铁磁金属／非磁绝缘体”颗粒膜系统中的隧穿类型巨磁电阻效应的研究进展。     

磁电子学器件应用原理

本文介绍几种重要的磁电子器件的基本结构和工作原理,包括巨磁电阻与隧穿磁电阻传感器、巨磁电阻隔离器、巨磁电阻与隧穿磁电阻硬盘读出磁头、磁电阻随机存取存储器、自旋转移磁化反转与微波振荡器。自旋晶体管作为未来磁电子学或自旋电子学时代的基本元素,目前大都还处在概念型阶段,本文也将对几种自旋晶体管的大致原理作简要介绍。     

Co0.9Fe0.1薄膜面内元素分辨的磁各向异性

利用X射线磁性圆二色技术对Co_0.9Fe_0.1薄膜面内元素分辨的磁各向异性进行了研究，通过剩磁模式测量不同磁化方向的样品组分原子单位空穴磁矩的变化，发现除了在生长的磁诱导方向存在易磁化轴外，在与该轴垂直的方向还存在一个类似易轴的软磁化轴；面内的两个难磁化轴与易磁化轴取向大约成66°夹角，从而构成了面内双轴磁各向异性；对不同组分元素，其单位空穴磁矩随磁化方向的变化趋势基本相同，不同磁化方向Fe原子单位空穴的磁矩值约为Co的对应值的87%，反映了Fe原子和Co原子之间存在着强烈的铁磁性耦合. 关键词： 磁各向异性 X射线磁性圆二色 铁磁耦合 CoFe合金薄膜     

磁性斯格明子的多场调控研究

斯格明子(skyrmion)的概念最早是由英国的粒子物理学家Tony Skyrme提出,它被用来描述粒子的一个状态,是一种拓扑孤立子.磁性斯格明子是一种具有拓扑行为的新型磁结构,其空间尺寸为纳米量级,空间距离从纳米到微米量级可调;其存在温度涵盖从低温、室温到高温的宽温区;其材料体系不仅包括早期发现的低温区B20型中心对称破缺的铁磁体和螺旋磁有序的弱铁磁材料,也包括近期发现的室温及以上的中心对称六角结构磁性MnNiGa金属合金和磁性薄膜/多层膜体系.利用磁性斯格明子的拓扑磁结构可以实现类似于自旋阀或者磁性隧道结中的自旋转移矩效应,即外加电流可以驱动斯格明子,其临界电流密度比传统翻转磁性多层膜体系中磁矩的电流密度(一般为10~7A/cm~2)要低5个数量级,约为10~2A/cm~2,该临界值远低于硅基半导体技术中沟道电流密度的上限,在未来的磁信息技术中具有广泛的应用前景.本综述简单介绍了磁性斯格明子的发展历程,归纳总结了磁性斯格明子的材料体系,介绍了观察磁性斯格明子的实验手段,重点介绍了多场(磁场、电流、温度场)调控作用下中心对称MnNiGa合金和Pt/Co/Ta磁性多层膜体系中磁性斯格明子的产生、消失以及外场调控演变等动态行为.     

Lorentz transmission electron microscopy studies on topological magnetic domains

Lorentz transmission electron microscopy(TEM) is a powerful tool to study the crystal structures and magnetic domain structures in correlation with novel physical properties. Nanometric topological magnetic configurations such as vortices, bubbles, and skyrmions have received enormous attention from the viewpoint of both fundamental science and potential applications in magnetic logic and memory devices, in which understanding the physical properties of magnetic nanodomains is essential. In this review article, several magnetic imaging methods in Lorentz TEM including the Fresnel and Foucault modes, electron holography, and differential phase contrast(DPC) techniques are discussed, where the novel properties of topological magnetic domains are well addressed. In addition, in situ Lorentz TEM demonstrates that the topological domains can be efficiently manipulated by electric currents, magnetic fields, and temperatures, exhibiting novel phenomena under external fields, which advances the development of topological nanodomain-based spintronics.     

NiFe/FeMn双层膜交换偏置的形成及热稳定性研究

研究了在铁磁(NiFe)/反铁磁(FeMn)双层膜之间，交换偏置的形成过程和热稳定性，特别是NiFe/FeMn的交换偏置作用与FeMn层晶粒尺寸的关系.和以前作者不同的是，本文方法采用非磁性Ni-Fe-Cr合金作缓冲层材料，改变Cr的含量就可以获得不同晶粒尺寸的反铁磁FeMn层.实验表明，晶粒尺寸较小的FeMn产生较强的铁磁/反铁磁交换偏置场；但是，对于较大晶粒的FeMn层，出现交换偏置作用所要的临界厚度较小.这符合Mauri提出的理论模型.交换偏置场的热稳定性实验表明，具有较大晶粒尺寸的FeMn层给出较 关键词： 交换偏置 热稳定性 反铁磁 晶粒尺寸     

磁电子学中的若干问题

本文综述了自旋极化输运过程中巡游电子的自旋极化、自旋相关的散射及自旋弛豫等三方面的内容；全面总结了铁磁金属的磁电阻效应（ＡＭＲ）、磁性金属多层膜和颗粒膜的巨磁电阻效应（ＧＭＲ）、氧化物铁磁体的特大磁电阻效应（ＣＭＲ）以及磁隧道结的巨大隧道电阻效应（ＴＭＲ）研究中具有代表性的实验结果及理论模型；简单介绍了新生的磁电子器件—磁电阻型随机存取存储器（ＭＲＡＭ）和全金属自旋晶体管的工作原理和工作过程。     

几种元素的界面插层对Ta/NiFe/Ta的各向异性磁电阻效应的影响

文章中,通过磁控溅射制备了界面处插入4d,5d元素薄层(包括Ru,Pd,Ag和Au)的Ta/NiFe/Ta多层膜,并对它们的磁输运和磁性以及微结构进行了测试和表征.结果显示,Pd和Pt一样界面效应显著,能有效地提高NiFe薄膜退火前后的AMR比值,并抑制磁性死层.表面能比较小、熔点相对低的插层材料Ag,Au在退火过程中容易通过晶界扩散,强烈破坏其AMR性能.对于熔点高、表面能比较大的插层材料如Ru,磁性死层同样得到了抑制,NiFe薄膜的温度稳定性也可以得到提高.结果表明界面插层从界面电子自旋-轨道散射、界面死层和界面原子扩散等方面深刻影响NiFe薄膜的AMR. 关键词： 各向异性磁电阻 界面效应 原子扩散     

室温铁磁性Ni2+掺杂TiO2纳米带的制备与表征

通过水热离子交换方法, 制得不同含量的过渡金属离子Ni2+掺杂的、锐钛矿型的TiO2纳米带. 使用X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM), 透射电子显微镜(TEM), 高分辨透射电子显微镜(HRTEM), X射线光电子能谱(XPS), 傅立叶变换红外(FTIR)光谱和磁性测试等手段对样品进行了详尽的表征. 结果表明, 经过离子交换, Ni2+离子进入到了TiO2纳米带的晶格中, 其中并没有形成金属Ni团簇或纳米颗粒. 此外, 磁性测试的结果表明, 实验制备的Ni-TiO2样品具有室温铁磁性和磁滞回线特性, 并且, 由于TiO2纳米带中Ni2+离子有较好的分散性, 在相同的外磁场条件下, 样品的磁化强度随着掺杂Ni2+含量的增加而增大.     

重金属缓冲层和覆盖层对TbFeCo超薄膜磁性及热稳定性的影响

非晶态稀土-过渡金属合金亚铁磁薄膜具有很强的垂直磁各向异性、超快的磁矩翻转速度以及磁矩和角动量补偿的特性,是当前自旋电子学以及超快信息存储领域的重要研究对象.本文采用磁控溅射制备了系列X/Tb_x(Fe_0.75Co_0.25)_1–x/X三明治结构薄膜(0.13≤x≤0.32, X=SiO₂, Pt和W),系统地研究了重金属Pt, W作为TbFeCo超薄膜的缓冲层和覆盖层(统称包覆层)对其室温下磁性和热稳定性的影响.实验结果显示,被SiO₂包覆的TbFeCo薄膜具有垂直磁各向异性,磁矩补偿成分在0.21 相似文献