磁性金属纳米结构的畴壁特性与磁逻辑电路构筑

自旋电子学由于其丰富的物理内涵和广泛的应用前景受到学术界和工业界的高度重视,成为近年来凝聚态物理和信息技术领域关注的焦点。本文介绍了利用磁性金属纳米结构实现作为自旋电子器件基础的自旋注入的方法,特别涉及利用铁磁金属纳米点接触结构钉扎磁畴的特点,研究自旋极化电流与磁畴壁的相互作用规律, 理解纳米结构中畴壁的动力学行为,并以此为基础构筑结构简单、性能优异的全金属磁逻辑电路,从而实现了由电信号驱动,通过电信号检测,并与CMOS技术兼容的目的。     

IrMn基反铁磁自旋阀的巨磁电阻效应

用第一性原理方法研究了在微观尺度具有三重对称磁结构的IrMn合金的反铁磁自旋阀(AFSV)的电子输运.研究表明:基于有序L1₂相IrMn合金的Co/Cu/IrMn自旋阀的巨磁电阻(GMR)效应具有三重对称性,可以利用这一特性区分反铁磁材料的GMR与传统铁磁材料的GMR.基于无序γ相IrMn合金的IrMn(0.84 nm)/Cu(0.42 nm)/IrMn(0.42 nm)/Cu(0.42 nm)(111) AFSV的电流平行平面构型的GMR约为7.7％,大约是电流垂直平面构型的GMR(3.4％)的两倍,明显大于实验中观测到的基于共线磁结构的FeMn基AFSV的GMR. 关键词： 反铁磁自旋阀 巨磁电阻效应 非共线磁结构 电流平行平面结构     

Unique electrical properties of nanostructured diamond cones

The preparation and electrical properties of diamond nanocones are reviewed, including a maskless etching pro- cess and mechanism of large-area diamond conical nanostructure arrays using a hot filament chemical vapor deposition （HFCVD） system with negatively biased substrates, and the field electron emission, gas sensing, and quantum transport properties of a diamond nanocone array or an individual diamond nanocone. Optimal cone aspect ratio and array density are investigated, along with the relationships between the cone morphologies and experimental parameters, such as the CH4/H2 ratio of the etching gas, the bias current, and the gas pressure. The reviewed experiments demonstrate the possi- bility of using nanostructured diamond cones as a display device element, a point electron emission source, a gas sensor or a quantum device.     

基于铁磁金属纳米点接触结构的全金属逻辑电路

电流在铁磁金属中可以用来驱动磁畴壁,从而可以进行信息的读写。然而,具体如何在器件中实现并不清楚。文章作者利用纳米加工技术制作出铁磁金属纳米点接触结构和逻辑电路,并对纳米结构中畴壁的输运性质和逻辑电路特性进行了研究。发现了铁磁纳米点接触结构在电流驱动下存在的高阻态及低阻态,通过设计不同形状的点接触结构,用电学测量方法验证了畴壁在自旋极化电流作用下的移动方向与电流方向的关系。并基于电流控制点接触电阻变化的结果,制作出能够实现逻辑＂非＂功能的全金属逻辑电路,实现了电路的电信号驱动和利用电信号的检测功能。     

Charge Transport Properties of the Majorana Zero Mode Induced Noncollinear Spin Selective Andreev Reflection

We study the charge transport properties of the spin-selective Andreev reflection(SSAR)effect between a spin polarized scanning tunneling microscope(STM)tip and a Majorana zero mode(MZM).Considering both the MZM and the excited states,we calculate the conductance and the shot noise power of the noncollinear SSAR using scattering theory.We find that the excited states give rise to inside peaks.Moreover,we numerically calculate the shot noise power and the Fano factor of the SSAR effect.Our calculation shows that the shot noise power and the Fano factor are related to the angle between the spin polarization direction of the STM tip and that of the MZM,which provide additional characteristics to detect the MZM via SSAR.     

基于磁性隧道结的群体编码实现无监督聚类

利用新型材料器件发展类脑计算硬件研究的关键问题是发展出合适的算法,能够发挥新器件的特点和优势.群体编码是生物神经系统常见的编码方式,能够有效去除噪音,实现短时程记忆及复杂的非线性映射功能.本文选择自旋电子学器件中研究较多、工艺较成熟的磁性隧道结,应用其可调控的随机动力学实现群体编码.作为一个应用的例子,超顺磁隧道结构建的二层脉冲神经网络成功完成了鸢尾花数据集的无监督聚类.数值仿真表明基于磁性隧道结的群体编码可以有效对抗器件的非均一性,为类脑计算硬件研究提供重要的参考.     

多层膜的巨磁电阻

本文总结了多层膜中巨磁电阻的物理机制及其研究进展。为了对多层膜磁电阻的各个可能来源有全面的认识,首先简述了正常磁电阻和各向异性磁电阻的原理,然后在本文的主要部分,着重介绍了铁磁金属和多层膜中的自旋相关散射与双电流模型及在多层膜巨磁电阻基础研究和材料研究领域的进展,列举出具有巨磁电阻的各种多层结构。最后报道了巨磁电阻的主要应用。