發(fā)布時(shí)間：2020-12-09 11:14

　　近些年來,為了發(fā)展下一代自旋電子學(xué)器件,人們針對電學(xué)調(diào)控磁性異質(zhì)結(jié)性能進(jìn)行了大量的研究工作。電學(xué)調(diào)控的方法主要有兩種,即電流方法和電壓方法。在電壓方法中,多鐵材料由于具有強(qiáng)的磁電耦合效應(yīng)而受到廣泛關(guān)注。目前,通過多鐵材料的磁電耦合效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的電學(xué)調(diào)控已經(jīng)是自旋電子學(xué)的熱門研究方向之一。本論文探索了多鐵材料在自旋電子學(xué)器件中應(yīng)用的可能性,對多鐵異質(zhì)結(jié)中的垂直磁各向異性(PMA)和自旋輸運(yùn)行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。論文取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:(1)在室溫下實(shí)現(xiàn)了 BiFeO3(BFO)/Al2O3/Pt/Co/Pt多鐵異質(zhì)結(jié)的PMA。發(fā)現(xiàn)其在不同極化場方向下的矯頑力發(fā)生了 400%的變化。研究表明,這種變化的原因是Pt/Co界面處氧化程度的不同。這種自發(fā)極化所導(dǎo)致的改變不僅提供了一個(gè)研究多鐵異質(zhì)結(jié)中界面效應(yīng)的平臺,而且為人們通過氧空位調(diào)控PMA以及SOT提供了一種新的可能性。(2)提出了一種調(diào)控自旋霍爾角(SHA)和自旋軌道轉(zhuǎn)矩(SOT)效應(yīng)的方法。在BFO基多鐵異質(zhì)結(jié)中實(shí)現(xiàn)了 SOT誘導(dǎo)磁矩的完全翻轉(zhuǎn)。發(fā)現(xiàn)其臨界電流在相反方向的BFO自發(fā)極化場下變化了 300%。研究表明,異質(zhì)結(jié)的有效SHA... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１計(jì)算機(jī)存儲技術(shù)的層級結(jié)構(gòu)和對應(yīng)可以替代的自旋存儲器件??－４－??

烈變化??的現(xiàn)象被稱為ＧＭＲ效應(yīng)。ＩＢＭ的Ｐａｒｋｉｎ等人［４，５］則利用磁控濺射技術(shù)，在??Ｃｏ／Ｃｕ多層膜中也實(shí)現(xiàn)了?ＧＭＲ效應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)Ｃｏ層中的反鐵磁耦合隨著??Ｃｕ的厚度發(fā)生周期性變化，從而實(shí)現(xiàn)對ＧＭＲ效應(yīng)的調(diào)制［６，＇ＧＭＲ發(fā)現(xiàn)后，??不到１０年即被應(yīng)用在磁記錄硬盤的讀頭上，大幅提高了硬盤存儲密度，對自??旋電子學(xué)的發(fā)展有重大意義。??８關(guān)｜．一?６嘗??ＪＬ?＼??１?，?ｔ?Ｗ；＞??ｎ？９你?Ｍｅ?ＡＱｉ?－２０?－１０?０?１０?２０??？?？?？??圖２－２?（ａ）?Ｆｅ／Ｃｒ超晶格體系中的磁電阻曲線ｍ和（ｂ）?Ｃｏ／Ｃｕ多層膜的磁電阻??曲線１６１??ＧＭＲ效應(yīng)的是源于電子輸運(yùn)的自旋相關(guān)散射，它可以用雙電流模型解釋??［８］。在磁性金屬中，由于能帶結(jié)構(gòu)的劈裂，導(dǎo)致了鐵磁材料費(fèi)米面處自旋向??上和向下的態(tài)密度不相同，而散射速率與各自的態(tài)密度相關(guān)。因此自旋向上??和向下的電子散射速率和電阻都是不同的。如圖２－３所示，我們將傳導(dǎo)電子??的輸運(yùn)行為分為自旋向上和向下兩個(gè)導(dǎo)電通道。兩個(gè)通道分別獨(dú)立載流，相??－５?－??

膜膜面［１（），＂］。??Ｐａｒａｌｌｏｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?（Ｐ）?Ａｎｔｉ－ｐａｒａｌｌｏｌ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?（ＡＰ）??二??Ｆ?ＮＭ?Ｆ?Ｆ?ＮＭ?Ｆ??ＣＰＰ?冬?：?ｉ?？備?＼?Ｖ？??ｒＮＯｈＨＢＢＫｌ?ｒ＾ｉａＨＥｆｆｈ??Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ????ｃｉｒｃｕｉｔ???Ｉ?１???，??…的—１?￣Ｂ３—１??????ｈ?１?１??Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?Ｒ?＝?Ｒ?＝??Ｒ?＋?ｒ?４??圖２－３雙電流橫型??隨著自旋閥的發(fā)現(xiàn)，室溫磁電阻比值被大幅提高［１２］。美國ＩＢＭ公司很快??將其運(yùn)用到實(shí)際的硬盤讀出磁頭中，將原有的磁記錄密度提高了?１７倍，并實(shí)??現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)［１３］。目前，硬盤的磁存儲密度己經(jīng)突破２ＴＢ／ｉｎｃｈ２，這??引發(fā)了信息時(shí)代的巨大變革。隨著技術(shù)的進(jìn)步，存儲密度還會有很大提升。??隨著ＧＭＲ效應(yīng)的廣泛應(yīng)用，同時(shí)也帶動了?ＴＭＲ效應(yīng)的發(fā)展。我們將鐵??磁層／絕緣體／鐵磁層多層膜結(jié)構(gòu)稱為鐵磁隧道結(jié)（Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｔｕｎｎｅｌ?Ｊｕｎｃｔｉｏｎ，??－６－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]自旋軌道轉(zhuǎn)矩[J]. 王天宇,宋琪,韓偉.  物理. 2017(05)
[2]磁電效應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 段純剛.  物理學(xué)進(jìn)展. 2009(03)
[3]多鐵性磁電復(fù)合薄膜[J]. 何泓材,林元華,南策文.  科學(xué)通報(bào). 2008(10)
[4]單相多鐵性材料——極化和磁性序參量的耦合與調(diào)控[J]. 王克鋒,劉俊明,王雨.  科學(xué)通報(bào). 2008(10)
[5]單相磁電多鐵性體研究進(jìn)展[J]. 遲振華,靳常青.  物理學(xué)進(jìn)展. 2007(02)



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