铁磁/半导体/铁磁隧道结中的隧穿磁电阻

采用相干量子输运理论和传递矩阵方法研究了具有不同自旋指向的极化电子渡越铁磁/半导体/铁磁隧道结的隧穿几率和隧穿磁电阻。研究表明隧穿几率和隧穿磁电阻随半导体长度的改变发生周期性变化、随Rashba自旋轨道耦合强度的改变发生准周期变化,并且在两铁磁电极中磁矩取向平行时,选择适当的半导体的长度和Rashba自旋轨道耦合强度可以得到较大的隧穿磁电阻。     

Co/Al2O3/FeNi隧道结的中间层厚度对其输运特性的影响

制备了不同Al2O3厚度的Co／Al2O3／FeNi隧道结，并在77K温度下测量了其输运特性。发现随着厚度的增加，TMR下降。但是当Al2O3厚度降为2nm时，磁电阻不再出现典型的双峰曲线，而是呈现高阻和低阻两个状态。测量了隧道结的TMR随外加电压的变化、伏安特性曲线、电阻随温度的变化曲线，综合所有因素，在文中制备条件下，Al2O3厚度为4nm时，隧道结性能最好。     

自旋反转效应对铁磁/绝缘层/铁磁结中的隧道磁电阻的影响

考虑到自旋反转效应,用量子力学隧穿方法,计算铁磁/绝缘层/铁磁结中的隧道磁电阻,计算结果表明自旋反转使铁磁/绝缘层/铁磁结中的隧道磁电阻减小.     

磁性隧道结中自旋相关输运的势垒影响

为了研究势垒对铁磁/绝缘层/半导体/绝缘层/铁磁(FM/I/SM/I/FM)双隧道结中自旋相关电子输运特性的影响,提出了在半导体层厚度合适的情况下,非对称势垒对于提高平行结构磁性双隧道结的自旋注入效率SIE(spin injection efficiency)更具优势.数值计算结果表明,当两势垒强度的比率达到合适数值时双结的SIE和隧穿磁电阻TMR(tunneling magnetore resistance)都将达到最大,这给提高从铁磁到半导体的SIE带来新选择.研究还表明,非对称势垒结构磁性隧道结中增大铁磁交换能对提高SIE和TMR都是有益的,而且铁磁交换能的增加对SIE的提高要比对TMR的提高更显著.     

NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结的隧穿磁电阻

在NM/FI/FI/NM型双自旋过滤隧道结(NM为非磁金属,FI和后面的NI分别为铁磁和非磁绝缘体或半导体)的基础上,提出一种NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结.基于自由电子近似并利用转移矩阵方法,对NM/FI/NI/FI/NM新型双自旋过滤隧道结在不同偏压下的隧穿磁电阻TMR与FI层厚度及NI层厚度的关系做了理论研究.计算结果表明,在NM/FI/NI/FI/NM型双自旋过滤隧道结中仍可以得到很大的TMR值.     

Ni80Fe20/Al2O3/Ni80Fe20隧道结的TMR特性

采用离子束溅射和磁控溅射技术制备了Ni80Fe20 Al2O3 Ni80Fe20磁性隧道结.控制样品上下铁磁层的厚度,研究了不同铁磁层厚度对样品隧道结磁电阻效应的影响.结果表明,磁电阻随着铁磁层的厚度变化而振荡.     

Fe/Al2O3/Fe隧道结的巨磁电阻效应

采用多靶离子束溅射镀膜技术制备了Ｆｅ（２００℃退火）／Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ多隧道样品,研究了隧道结样品的巨磁电阻效应,在室温下获得了５．８９％的巨磁电阻效应,具有甚高场灵敏度并且测量了样品的伏安特性曲线,观察到了非线性的伏安特性曲线,证明了隧道效应的存在。     

从物理发现到成功应用——兼谈2007年度诺贝尔物理学奖授予巨磁电阻效应发现者

法国科学家Albert Fert和德国科学家Peter Grünberg因发现巨磁电阻效应(GMR)而获得2007年度诺贝尔物理学奖。通过介绍他们的突出贡献及该领域的其他相关重要工作,梳理了近20年时间里,巨磁电阻效应和隧穿磁电阻效应(TMR)从物理发现到人工制备和优化多种纳米磁性多层膜、磁性隧道结(MTJ)材料,以及被成功应用于计算机磁读头、磁随机存储器和多种磁敏传感器的发展历程,展现了该领域现阶段有重要应用前景的一些热点课题。     

稀磁半导体超晶格中的隧道磁电阻

关于GaMnAs/AlAs/GaMnAs磁单结的隧道磁电阻有着广泛的研究,利用转移矩阵的方法研究了稀磁半导体超晶格中隧道磁电阻。数值模拟表明:系统会发生共振隧穿,并且共振峰会劈裂。系统的隧道磁电阻随着势垒宽度的增减逐渐减小。     

铁磁/半导体/铁磁异质结中电子的自旋翻转及磁电阻效应

考虑半导体中自旋轨道耦合作用的自旋翻转效应及铁磁半导体边界处的界面势垒作用,研究了自旋极化电子在准一维铁磁/半导体/铁磁(F/S/F)异质结中的输运行为.数值结果表明,随着界面势垒的增大能够实现电子自旋的翻转.随着两边铁磁体磁化方向夹角的变化,磁电阻在夹角为π处出现正负转变,而且磁电阻正负值的绝对值关于夹角π不对称,这些现象均起源于Rashba自旋轨道耦合作用而不是Dresselhaus自旋轨道耦合作用.与Dresselhaus自旋轨道耦合作用相比,Rashba自旋轨道耦合作用更能增大磁电阻效应.     

基于C纳米管的磁滞隧穿结的自旋输运

文章利用基于密度泛函的第一性原理和格林函数相结合的方法研究了由铁磁性原子（Fe）填充（3,3）C纳米管构成的磁滞隧穿结的自旋输运性质.研究表明,当两导线磁矩平行和反平行时,通过系统的自旋流是不同的,从而导致隧穿磁电阻效应（TMR）.随着偏电压增加,TMR减小,甚至出现负的TMR,文章利用Jullier模型对此给出物理解释.     

磁性隧道结电阻与电流驱动相关性分析

利用离子束高真空复合溅射装置置备具有Ta缓冲层和Ta/Te/Ta覆盖表面层的Fe/Al2O3/FeCo的磁性隧道结，在零磁场下观测隧道结电导和结电阻面积积（RA）与垂直射入隧道结平面的自旋极化发射电流的依赖关系，研究关系，研究发现，磁性隧道结的电导和RA的发射电流驱动效应取决于隧道结的物相成分，微结构和电流强度，在大驱动电流范围观测电到导特性不同的4个区域。     

铁磁/绝缘层/有机半导体/铁磁多层膜隧道结的隧穿磁电阻的温度和偏压特性研究

采用Slonczewski的近自由电子模型, 利用转移矩阵的方法, 研究了铁磁/绝缘层/有机半导体/铁磁隧道结的自旋极化载流子隧穿的温度和偏压特性. 计算了T=4 K和T=300 K时, 隧穿磁电阻(Tunneling Magnetic Resistance, TMR)随偏压的变化关系, 同时还研究了零温时在有限偏压下隧穿磁电阻TMR与绝缘层厚度、有机半导体层厚度以及铁磁/有机半导体界面势垒U的变化关系. 我们的计算结果较好地解释了有关的实验 结论.     

非磁金属中间层对磁性隧道结磁电阻效应的影响

用自由电子近似方法对具有非磁金属中间层的磁性隧道结的磁电阻进行了研究，从理论上讨论了非磁金属中间层对磁电阻的影响。数值计算结果表明，当外加偏压不同时非磁金属中间层的作用是不同的。在外加电压使电子从非磁金属中间层穿过势垒的情况下，非磁金属中间层的变厚可以增强隧穿磁电阻效应。这一性质可以用于磁性隧道结的优化。     

FM/I/FM隧道结中的隧穿时间

在相位时间定义的基础上,研究了铁磁金属-绝缘体-铁磁金属一维磁性隧道单结的隧穿时间随两铁磁层磁矩之间夹角,势垒宽度和电子入射能量的变化.研究结果表明隧穿时间随电子的入射能的增大而减小,在低能区隧穿时间随入射能的增加呈指数减小,而在高能区减小的趋势变缓和;两铁磁层磁化强度方向呈平行排列和反平行排列时的隧穿时间的差值在低能区随入射能的增加呈指数增加,但在高能区趋于零.另外隧穿时间随着势垒宽度的增加而呈线性增长.     

自旋注入效率的电学探测

为了探测从铁磁FM（ferromagnet）到半导体SM（semiconductor）的自旋注入效率,可以通过增加另一个铁磁体来形成一个铁磁／半导体／铁磁（FM／SM／FM）的双结,通过直接测量此双结的磁阻效应,从而得到从铁磁（FM）到半导体（SM）节的自旋注入效率。理论分析发现其隧道磁阻TMR（tunnelling magnetore resistance）和自旋注入效率SIE（spin injection efficiency）之间有个普适关系：隧道磁阻是自旋注入效率的平方。这种平方关系在顺序隧穿区和散射区都成立,除非双结间半导体层厚度很长导致自旋翻转效应的发生或中间的半导体层厚度小于其相位相干长度而导致磁阻中出现量子相干效应。     

应变SrTiO_3/GaAs异质结的整流特性研究

采用脉冲激光沉积法在P型GaAs基片上制备了缺氧的钛SrTiO3薄膜.X射线衍射测量证明SrTiO3薄膜外延生长.I-V曲线测量显示很好的整流性,说明该SrTiO3薄膜与GaAs形成p-n结.该结的电输运机制为应变导致的隧穿电流,且其电输运性质不受光照影响.     

Magnetic tunnel junctions (MTJs)

We review the giant tunnel magnetoresistance (TMR) in ferromagnetic-insulator-ferromagnetic junctions discovered in recent years, which is the magnetoresistance (MR) associated with the spin-dependent tunneling between two ferromagnetic metal films separated by an insulating thin tunnel barrier. The theoretical and experimental results including junction conductance, magnetoresistance and their temperature and bias dependences are described.