电子全息对磁隧道结势垒层的研究

利用电子全息显微学方法，从理论和实验两方面，系统研究了磁隧道结势垒层的内势分布，指出了一些在实验过程中应予以注意的实验现象，提出了可能的解决方法. 关键词： 电子全息 磁隧道结 平均内势     

磁性隧道结Ni80Fe20/Al2O3/Co的制备和物性

用等离子体氧化形成绝缘层的方法,重复性地制备出了Ｎｉ８０Ｆｅ２０／Ａｌ２Ｏ３／Ｃｏ磁性隧道结。样品的隧道磁电阻（ＴＭＲ）比值在室温下最高可达６．０％,翻转场（ｓｗｉｔｃｈ ｆｉｅｌｄ）可低于８００Ａ／ｍ,平台宽度约２４００Ａ／ｍ。结电阻的变化范围从几百欧姆到几百千欧。     

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     

具有纳米氧化层的磁性隧道结的热稳定性研究

研究发现在磁隧道结的反铁磁层和被钉扎铁磁层之间插入一层纳米氧化层，可以使磁隧道结的退火温度增加了40℃，即明显地提高了磁隧道结的温度稳定性.通过卢瑟福背散射实验直接观察到产生这一效应的原因是该纳米氧化层有效地抑制了Mn元素在退火过程中的扩散，从而使TMR值在较高的退火温度下得以保持. 关键词： 磁性隧道结 隧穿磁电阻 热稳定性 纳米氧化层     

双势垒磁性隧道结的磁电阻效应及其在自旋晶体管中的应用

利用磁控溅射方法沉积双势垒磁性隧道结多层膜, 其中Al-O势垒层由等离子体氧化1 nm厚的 金属铝膜方式制备，然后采用深紫外光曝光和Ar离子刻蚀技术、微加工制备出长短轴分别为 6和3 μm大小的椭圆形双势垒磁性隧道结（DBMTJ），并在室温和低温下对其自旋电子输运 特性进行了研究. DBMTJ的隧穿磁电阻(TMR)比值在室温和42 K分别达到27％和423％， 结电阻分别为136 kΩ·μm²和175 kΩ·μm²，并在实验中观 察到平行状 态下存在低电阻态及共振隧穿效应，反平行态下呈现高电阻态以及TMR随外加偏压或直流电 流的增加而发生振荡现象. 由此，设计了一种基于这种双势垒磁性隧道结隧穿特性的自旋晶 体管. 关键词： 双势垒磁性隧道结 隧穿磁电阻 共振隧穿效应 自旋晶体管     

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.     

利用金属掩模法制备钉扎型磁性隧道结

利用金属掩模法和Ir22Mn78合金反铁磁钉扎层，制备了四种钉扎型的Py/Al2O3/Py，Py/Al2O3/Co，Co/Al2O3/Py和Co/Al2O3/Co磁性隧道结，坡莫合金的成分为Py＝Ni79Fe21.例如：利用狭缝宽度为100?μm的金属掩模，直接制备出室温隧穿磁电阻比值为17.2%的磁性隧道结Co/Al2O3/Co，其结电阻为76Ω,结电阻和结面积的积矢为76×10_{4Ωμm2，自由层的偏转场为1114?A/m，并且在外加磁场0.1114A·m-1之间时室温磁电阻比值 关键词： 磁性隧道结 隧穿磁电阻 磁随机存储器 金属掩模}     

MgO单晶势垒磁性隧道结的第一性原理计算和实验研究

在MgO单晶势垒磁性隧道结中发现的室温高隧穿磁电阻现象,是近些年自旋电子学以及磁性隧道结磁电阻材料研究中的又一重大突破.本文主要评述和介绍2001年以来MgO单晶势垒磁性隧道结第一性原理计算和实验上的重要进展,以及介绍利用Layer-KKR第一性原理计算方法研究的Fe(001)/MgO/Fe、Fe(001)/FeO/MgO/Fe、Fe(001)/Mg/MgO/Fe、Fe(001)/Co/MgO/Co/Fe和Fe(001)[MgO/Fe/MgO/Fe等基于单晶MgO(001)单势垒及双势垒磁性隧道结材料的电子结构和自旋相关输运性质研究的最新进展.这些第一性原理定量计算的结果,不仅从物理上增强了对MgO单晶势垒磁性隧道结的电子结构和自旋相关输运特性的了解,而且对于研究新型室温磁电阻隧道结材料及其在自旋电子学器件中的广泛应用,具有一定的参考价值.     

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     

磁性随机存储器的研究进展

通过分析磁性随机存储器(MRAM)的基本原理,及其与现有的静态存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM)和快闪存储器(Flash)的性能比较,探讨了MRAM作为下一代新型存储器的应用前景.     

Bulk—like contribution of tunnel magnetoresistance in magnetic tunnel junctions

We have demonstrated that the bulk-like contribution to tunnelling magnetoresistance (TMR) exists in the magnetic tunnel junctions, and is determined by the tunnelling characteristic length of the ferromagnetic electrodes. In the experiment, a wedge-shaped CoFe layer is inserted at the interface between the insulating barrier and the reference electrode. It is found that TMR ratio increases from 18% without CoFe layer to a saturation value of 26.5% when the CoFe thickness is about 2.3 nm. The tunnelling characteristic length, l_{tc}, can be obtained to be about 0.8 nm for CoFe materials.     

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Γ点处形成的Δ1对称性的量子阱态.     

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．     

磁性隧道结的隧穿磁电阻效应及其研究进展

文章概括地介绍了磁性隧道结（MTJs）的隧穿磁电阻（TMR）效应的产生机理和特点,主要用途和研究背景以及最近几年的研究进展和现状.对用Al2O3和MgO做绝缘势垒层的MTJs进行了对比,指出用MgO做绝缘势垒层的MTJs的优点.文章还阐明了交换偏置自旋阀（EB-SV）型MTJs的问题和不足,以及新兴的赝自旋阀（PSV）型MTJs的优势.文章最后总结了用于MTJs的各种铁磁层和绝缘势垒层材料,并对TMR材料今后的研究和开发作了展望.     

Tunnel magnetoresistance in alumina, magnesia and composite tunnel barrier magnetic tunnel junctions

Using magnetron sputtering, we have prepared Co-Fe-B/tunnel barrier/Co-Fe-B magnetic tunnel junctions with tunnel barriers consisting of alumina, magnesia, and magnesia-alumina bilayer systems. The highest tunnel magnetoresistance ratios we found were 73% for alumina and 323% for magnesia-based tunnel junctions. Additionally, tunnel junctions with a unified layer stack were prepared for the three different barriers. In these systems, the tunnel magnetoresistance ratios at optimum annealing temperatures were found to be 65% for alumina, 173% for magnesia, and 78% for the composite tunnel barriers. The similar tunnel magnetoresistance ratios of the tunnel junctions containing alumina provide evidence that coherent tunneling is suppressed by the alumina layer in the composite tunnel barrier.     

纳米结构中磁斯格明子的原位电子全息研究

斯格明子(skyrmion)磁序结构与晶体微观结构的关联是新型功能磁材料和器件研发的重要问题.本文利用微纳加工技术制备了形状、尺寸均可控的磁纳米结构,通过电子全息术观察定量地分析了斯格明子磁序结构,确定了材料晶格缺陷和空间受限效应对斯格明子磁结构形成和稳定机制的影响,系统地分析了斯格明子基元的磁功能与材料微结构的关联.文中主要探讨了两个问题:1)斯格明子在磁纳米结构中的空间受限效应.重点研究斯格明子磁序随外磁场和温度变化的演变规律,探索其演变过程的拓扑属性和稳定性;2)晶格缺陷对斯格明子磁结构的影响,重点考察晶界原子结构手性反转对斯格明子磁序的影响.这些研究结果可为研发以磁斯格明子为基元的磁信息存储器及自旋电子学器件提供重要实验基础.     

4英寸热氧化硅衬底上磁性隧道结的微制备

就如何在4英寸热氧化硅衬底上沉积高质量的磁性隧道结纳米多层薄膜材料和如何利用光刻方法微加工制备均匀性较好的磁性隧道结方面做了初步研究，并对磁性隧 道结的磁电性质及其工作特性进行了初步测量和讨论.利用现有的光刻设备和工艺条 件在4英寸热氧化硅衬底上直接制备出的磁性隧道结，其结电阻与面积的积 矢的绝对误差在10% 以内，隧穿磁电阻的绝对误差在7% 以内，样品的磁性隧道结性质具有较好的均匀性和一致性，可以满足研制磁随机存储器存储单元演示器件的基本要求. 关键词： 磁性隧道结 隧穿磁电阻 磁随机存储器 4英寸热氧化硅衬底