第七讲 自旋阀巨磁电阻效应及其应用

自旋阀巨磁电阻具有工作磁场小，灵敏度高、频率特生好、信噪比高等优点，成为新一代高度密度读出砂的首选材料，在计算机信息存贮和高灵敏传感器方面有着广阔的应用前景。     

磁电子学讲座 第七讲 自旋阀巨磁电阻效应及其应用

自旋阀巨磁电阻材料具有工作磁场小、灵敏度高、频率特性好、信噪比高等优点，成为新一代高密度读出磁头的首选材料，在计算机信息存贮和高灵敏传感器方面有着广阔的应用前景．     

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     

垂直磁各向异性自旋阀结构中的铁磁共振

本文在理论上研究了垂直磁各向异性自旋阀结构中磁场激发和调节的铁磁共振. 通过线性展开包含自旋转移矩项的Landau-Lifshitz-Gilbert方程,获得了磁场激发和调节的铁磁共振谱. 给出了共振线宽、共振频率和共振磁场随直流电流密度大小和方向以及直流磁场的变化关系. 通过调节直流电流密度的大小和方向,系统的有效阻尼可以达到最小. 关键词： 自旋阀 自旋转移矩 垂直磁各向异性 铁磁共振     

两步法制备的自旋阀巨磁电阻效应研究

采用新的磁控溅射两步法沉积自旋阀多层膜,不仅交换耦合作用大大增强,而且可以提高磁电阻比值和降低层间耦合作用.得到磁电阻比值～26%,交换耦合场～28kA/m,层间耦合场～01kA/m.自旋阀的下部(缓冲层(Ta)/自由层(NiFe)/中间隔离层(Cu))在低氩气压下沉积、上部(被钉扎层(NiFe)/反铁磁钉扎层(FeMn)/覆盖层(Ta))则在高氩气压下沉积.前者保证了自旋阀具有强(111)晶体织构,平整的NiFe/Cu界面和致密的Cu层,抑制了层间耦合作用;后者则促进小尺寸磁畴生长和增加NiFe/FeM 关键词：     

高自旋极化氧化物材料的颗粒边界磁电阻效应

颗粒边界磁电阻是高自旋极化氧化物颗粒体系中由于颗粒边界的存在而导致显著的磁电阻效应。本文将这种磁电阻效应定义为颗粒边界磁电阻效应。这里所说的颗粒边界,包括各种自然和人工晶界、粉末颗粒表面、复合材料中的颗粒界面等多种情况;所涉及的材料包括高自旋极化氧化物多晶、压缩粉末和各种复合材料等。对颗粒边界磁电阻效应的研究,不仅有助于人们进一步理解高自旋极化氧化物磁输运性质的基本机制,并为寻求具有高磁电阻效应的新型自旋电子学器件提供理论基础。本文综述了高自旋极化氧化物颗粒边界磁电阻研究的主要背景和发展现状,介绍了该领域中主要的实验发现和理论模型,展望了未来的发展。     

磁电阻效应的研究进展

介绍了磁电阻效应的研究状况和进展,总结了铁磁金属的磁电阻效应、磁性多层膜和颗粒膜的巨磁阻效应、磁隧道电阻效应及氧化物铁磁体的超大磁阻效应的理论模型,并简要分析了磁电阻效应的物理机制。     

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。     

高自旋极化氧化物材料的颗粒边界磁电阻效应

颗粒边界磁电阻是高自旋极化氧化物颗粒体系中由于颗粒边界的存在而导致显著的磁电阻效应。本文将这种磁电阻效应定义为颗粒边界磁电阻效应。这里所说的颗粒边界,包括各种自然和人工晶界、粉末颗粒表面、复合材料中的颗粒界面等多种情况;所涉及的材料包括高自旋极化氧化物多晶、压缩粉末和各种复合材料等。对颗粒边界磁电阻效应的研究,不仅有助于人们进一步理解高自旋极化氧化物磁输运性质的基本机制,并为寻求具有高磁电阻效应的新型自旋电子学器件提供理论基础。本文综述了高自旋极化氧化物颗粒边界磁电阻研究的主要背景和发展现状,介绍了该领域中主要的实验发现和理论模型,展望了未来的发展。     

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     

Interplay of Rashba effect and spin Hall effect in perpendicular Pt/Co/MgO magnetic multilayers

The interplay of the Rashba effect and the spin Hall effect originating from current induced spin–orbit coupling was investigated in the as-deposited and annealed Pt/Co/MgO stacks with perpendicular magnetic anisotropy. The above two effects were analyzed based on Hall measurements under external magnetic fields longitudinal and vertical to dc current,respectively. The coercive field as a function of dc current in vertical mode with only the Rashba effect involved decreases due to thermal annealing. Meanwhile, spin orbit torques calculated from Hall resistance with only the spin Hall effect involved in the longitudinal mode decrease in the annealed sample. The experimental results prove that the bottom Pt/Co interface rather than the Co/MgO top one plays a more critical role in both Rashba effect and spin Hall effect.     

光自旋霍尔效应及其研究进展

光束在经过非均匀介质后,自旋角动量相反(左、右旋圆偏振)的光子在垂直于入射面的横向相互分离,造成光束的自旋分裂,这种现象叫做光自旋霍尔效应.它类似于电子系统中的自旋霍尔效应:自旋光子扮演自旋电子的角色,而折射率梯度则起外场作用.光自旋霍尔效应为操控光子提供了新的途径,在纳米光学、量子信息和半导体物理方面具有重要的应用前景;同时由于它与凝聚态和高能物理中的带电粒子自旋霍尔效应有高度的相似性和共同的拓扑根源,所以又为测量自旋霍尔效应这类弱拓扑现象提供了独特而又方便的机会.文章简单介绍了光自旋霍尔效应,并总结了近几年国内外的研究进展.     

异常霍尔效应和自旋霍尔效应

异常霍尔效应和自旋霍尔效应是在常规霍尔效应的基础上引发出的2种新现象.本文介绍了这2种现象及其原理和潜在的应用.     

Intrinsic spin Hall effect in silicene: transition from spin Hall to normal insulator

An intrinsic contribution to the spin Hall effect in two‐dimensional silicene is considered theoretically within the linear response theory and Green's function formalism. When an external voltage normal to the silicene plane is applied, the spin Hall conductivity is shown to reveal a transition from the spin Hall insulator phase at low bias to the conventional insulator phase at higher voltages. This transition resembles the recently reported phase transition in bilayer graphene. The spin–orbit interaction responsible for this transition in silicene is much stronger than in graphene, which should make the transition observable experimentally. (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

自旋Seebeck效应简介

自旋电子学作为一个新兴的学科,是未来电子学发展的重要方向之一.而近年来发现的自旋泽贝克（Seebeck）效应则为自旋电子学的研究提供了不少新现象.文章通过对自旋Seebeck效应的一些科研进展的介绍,较详尽地阐明了自旋Seebeck效应的定义和常用的利用逆自旋霍尔（Hall）效应来进行观测的机制与方法,并对不同种类材料中的自旋Seebeck效应及其可能的成因进行了分析介绍.     

The origin of spin current in YIG/nonmagnetic metal multilayers at ferromagnetic resonance

Spin pumping in yttrium-iron-garnet(YIG)/nonmagnetic-metal(NM) layer systems under ferromagnetic resonance(FMR) conditions is a popular method of generating spin current in the NM layer.A good understanding of the spin current source is essential in extracting spin Hall angle of the NM and in potential spintronics applications.It is widely believed that spin current is pumped from precessing YIG magnetization into NM layer.Here,by combining microwave absorption and DC-voltage measurements on thin YIG/Pt and YIG/NM_1/NM_2(NM_1 =Cu or Al,NM_2 =Pt or Ta),we unambiguously showed that spin current in NM,instead of from the precessing YIG magnetization,came from the magnetized NM surface(in contact with thin YIG),either due to the magnetic proximity effect(MPE) or from the inevitable diffused Fe ions from YIG to NM.This conclusion is reached through analyzing the FMR microwave absorption peaks with the DC-voltage peak from the inverse spin Hall effect(ISHE).The voltage signal is attributed to the magnetized NM surface,hardly observed in the conventional FMR experiments,and was greatly amplified when the electrical detection circuit was switched on.     

超构材料中的光学量子自旋霍尔效应

电子的量子自旋霍尔效应的发现推进了当今凝聚态物理学的发展,它是一种电子自旋依赖的具有量子行为的输运效应.近年来,大量的理论和实验研究表明,描述电磁波场运动规律的麦克斯韦方程组内禀了光的量子自旋霍尔效应,存在于界面的倏逝波表现出强烈的自旋与动量关联性.得益于新兴的光学材料:超构材料(metamaterials)的发展,不仅能够任意设定光学参数,同时也能引入很多复杂的自旋-轨道耦合机理,让我们能够更加清晰地了解和验证其中的物理机理.本文对超构材料中量子自旋霍尔效应做了简要的介绍,内容主要包括真空中光的量子自旋霍尔效应的物理本质、电单负和磁单负超构材料能带反转导致的不同拓扑相的界面态、拓扑电路系统中光量子自旋霍尔效应等.     

铁磁石墨烯体系的CT不变量子自旋霍尔效应

文章作者在垂直磁场作用下的铁磁石墨烯体系里预言了一种新类型的量子自旋霍尔效应.这量子自旋霍尔效应与自旋轨道耦合无关,体系也不具有时间反演不变性;但是有CT不变（C为电子-空穴变换、T为时间反演变换）.由于量子自旋霍尔效应,体系的纵向电阻和自旋霍尔阻出现量子化平台.特别是,自旋霍尔阻的量子化平台有很强的抗杂质干扰能力.     

Universal relationship between giant magnetoresistance and anisotropic magnetoresistance in spin valve multilayers

We measure the giant magnetoresistance (GMR) with the current both parallel and perpendicular to the direction of the magnetization in the ferromagnetic (FM) layers and thus probe the anisotropy of the effective mean free paths for the spin-up and spin-down electrons, seen in the anisotropic magnetoresistance. We find that the difference of the GMR in the two configurations, when expressed in terms of the sheet conductance, displays a nearly universal behavior as a function of GMR. On interpreting the results within the Boltzmann transport formalism we demonstrate the importance of bulk scattering for GMR.