一种非连续纳米氧化层自旋阀的显微结构研究

利用高分辨电子显微学方法(HREM)研究了纳米氧化层镜面反射自旋阀多层结构Ta(35nm)Ni80Fe20(2nm)Ir17Mn83(6nm)Co90Fe10(15nm)NOL1Co90Fe10(2nm)Cu(22nm)Co90Fe10(15nm)NOL2Ta(3nm).该自旋阀的巨磁电阻(GMR)效应高达15%,较无此镜面反射纳米氧化层(NOL)的自旋阀提高近1倍,同时交换偏置场亦有所增强.高分辨显微结构分析表明,介于钉扎层与被钉扎层之间的氧化层(NOL1)并未完全氧化,即除氧化过程生成的CoFe氧化物 关键词： 自旋阀 纳米氧化层 高分辨电子显微学 巨磁电阻效应     

(Ni0.81Fe0.19)1-xCrx作为种子层对NiFe/FeMn交换偏置的影响

采用一种新的种子层材料:(Ni081Fe019)1-xCrx,通过改变种子层中Cr原子的含量,使得在其上生长的NiFeFeMn双层膜的织构和晶粒尺寸产生极大的差异,系统研究了NiFeFeMn双层膜中FeMn晶粒尺寸和织构对交换偏置的影响.实验结果表明,在FeMn的γ相(111)织构较好的前提下,交换偏置场的大小与织构的差异没有关系;FeMn的晶粒尺寸对交换偏置场有很大影响,较小的反铁磁层晶粒对交换偏置场有利,过大的反铁磁层晶粒不利于交换偏置场.将(Ni081Fe019)05Cr05与传统的种子层材料Ta进 关键词： 交换偏置 晶粒尺寸 织构 种子层     

磁电子学讲座 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效应导致的“铁磁金属／非磁绝缘体／铁磁金属”三层平面型隧道结（简称ＦＭ／Ｉ／ＦＭ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．     

Ni70Co30/Cu磁性金属多层膜界面元素分布的X射线异常散射研究

应用X射线异常散射技术研究了[Ni₇₀Co₃₀(25A)/Cu(20A)]₂₀多层膜的界面结构, 结果表明, 退火前后Cu/Ni₇₀Co₃₀和Ni₇₀Co₃₀/Cu界面的温度行为不同.对于制备态样品, 界面结构是非对称的, 在Cu/Ni₇₀Co₃₀界面, 存在一个8A厚的CuNi₃过渡层和一个4A厚的NiCo层. 然而, Ni₇₀Co₃₀/Cu界面却不存在任何扩散. 285\textcelsius 2h退火后,Ni₇₀Co₃₀/Cu界面开始发生扩散, 产生了一个12A厚的CuNi₂Co过渡层. X射线能量分别在Co, Ni, Cu K吸收边附近的X射线漫散射实验, 揭示了在Ni₇₀Co₃₀/Cu多层膜的界面处, Cu与Ni和Co具有不同的横向关联长度, 显示了不均匀的横向分布.     

基于IrMn/Fe/Pt交换偏置结构的无场自旋太赫兹源

与目前商用的太赫兹源相比,自旋太赫兹源具有超宽频谱、固态稳定以及成本低廉等优点,这使其成为下一代太赫兹源的主要研究焦点.但使用自旋太赫兹源时,通常需要外加磁场使铁磁层的磁化强度饱和,才能产生太赫兹波,这制约了其应用前景.基于此,本文制备了一种基于Ir Mn/Fe/Pt交换偏置结构的自旋太赫兹波发生器,通过Ir Mn/Fe中的交换偏置场和Fe/Pt中的超快自旋流注入与逆自旋霍尔效应相结合,在无外加磁场下产生了强度可观的太赫兹波.在Ir Mn和Fe的界面中插入超薄的Cu,可以使Fe在厚度很薄时零场下实现饱和磁化,并且其正向饱和场最高可达–10 m T,从而进一步提升无场下的太赫兹发射效率.零场下出射的太赫兹波的动态范围超过60 d B,达到可实用化的水平.通过旋转样品,发现产生的太赫兹波的偏振方向也会随之旋转,并且始终沿着面内垂直于交换偏置场的方向.此外,在此交换偏置结构的基础上,引入了一层自由的铁磁金属层Fe,设计了一种以Ir Mn/Fe/Pt/Fe为核心结构的自旋阀太赫兹源,发现产生的太赫兹强度在两层铁磁层反平行排列时比平行排列以及不引入自由铁磁金属层时均大约提升了40%.结果表明,基...     

过量B的Ta/CoFeB/MgO薄膜垂直各向异性和温度稳定性的增强

以CoFeB/MgO为核心单元的垂直各向异性薄膜体系和相关的垂直磁隧道结已获得广泛研究,其中CoFeB的B含量基本都保持为原子比20%.本文采用磁控溅射制备了Ta/(Co0.5Fe0.5)1-xBx/MgO三明治结构及生长顺序相反的系列薄膜,并在573—623K进行真空退火,研究了样品垂直各向异性随B成分的变化.结果显示,当B含量减小到10%时,Ta/CoFeB/MgO体系的垂直各向异性明显降低;相反,当B含量增加至30%时,该体系的垂直各向异性明显增强;发现在高B含量的情形下,样品的垂直各向异性大小与温度稳定性均与三明治结构的生长顺序密切相关;获得了具有优异温度稳定性的垂直磁化MgO/CoFeB/Ta样品.结果表明适当增加B含量是增强CoFeB/MgO体系垂直各向异性和温度稳定性的有效途径之一.     

基于深紫外激光-光发射电子显微技术的高分辨率磁畴成像

基于磁二色效应的光发射电子显微镜磁成像技术是研究薄膜磁畴结构的一种重要研究手段,具有空间分辨率高、可实时成像以及对表面信息敏感等优点.以全固态深紫外激光(波长为177.3 nm;能量为7.0 eV)为激发光源的光发射电子显微技术相比于传统的光发射电子显微镜磁成像技术(以同步辐射光源或汞灯为激发源),摆脱了大型同步辐射光源的限制;同时又解决了当前阈激发研究中由于激发光源能量低难以实现光电子直接激发的技术难题,在实验室条件下实现了高分辨磁成像.本文首先对最新搭建的深紫外激光-光发射电子显微镜系统做了简单介绍.然后结合超高真空分子束外延薄膜沉积技术,成功实现了L10-FePt垂直磁各向异性薄膜的磁畴观测,其空间分辨率高达43.2 nm,与利用X射线作为激发源的光发射电子显微镜磁成像技术处于同一量级,为后续开展高分辨磁成像提供了便利.最后,重点介绍了在该磁成像技术方面取得的一些最新研究成果:通过引入Cr的纳米"台阶",成功设计出FePt的(001)与(111)双取向外延薄膜;并在"台阶"区域使用线偏振态深紫外激光观测到了磁线二色衬度,其强度为圆二色衬度的4.6倍.上述研究结果表明:深紫外激光-光发射电子显微镜磁成像技术在磁性薄膜/多层膜体系磁畴观测方面具备了出色的分辨能力,通过超高真空系统与分子束外延薄膜制备系统相连接,可以实现高质量单晶外延薄膜制备、超高真空原位传输和高分辨磁畴成像三位一体的功能,为未来磁性薄膜材料的研究提供了重要手段.     

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Co0.9Fe0.1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.     

Ta,Ta/Cu缓冲层对NiFe/Fe Mn双层膜交换偏置场的影响

采用磁控溅射方法制备了分别以Ta和Ta/Cu作为缓冲层的一系列NiFe/FeMn双层膜.实验发现,以Ta为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜的交换偏置场比以Ta/Cu为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜的交换偏置场大.测量了这两种双层膜的织构、表面粗糙度和表面成分.结果表明,以Ta/Cu为缓冲层时,Cu在NiFe层的上表面偏聚是造成NiFe/FeMn双层膜交换偏置场降低的重要原因. 关键词： NiFe/FeMn 交换偏置场 织构 表面粗糙度     

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。