本文關(guān)鍵詞：垂直磁異質(zhì)結(jié)構(gòu)中自旋力矩相關(guān)的磁電輸運(yùn)性質(zhì)研究

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【摘要】：利用電學(xué)方法調(diào)控磁性薄膜的磁化狀態(tài)擁有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值,是當(dāng)今自旋電子學(xué)中的一個(gè)有活力的研究方向。在這之中,具有垂直各向異性的磁性異質(zhì)結(jié)構(gòu)以其在電流導(dǎo)致的磁化翻轉(zhuǎn)方面的重要研究?jī)r(jià)值,得到了研究者廣泛的關(guān)注。本文針對(duì)三種具有垂直各向異性的磁性異質(zhì)結(jié)構(gòu):MnAl/MgO/MnAl磁性隧道結(jié)、Pt/Co/MgO和Ta/CoFeB/MgO,研究了其中的垂直各向異性、自旋力矩對(duì)磁化翻轉(zhuǎn)的影響以及在自旋邏輯方面的可能應(yīng)用,具體的工作介紹如下:(1)利用第一性原理計(jì)算方法研究了MnAl/MgO/MnAl磁性隧道結(jié)中的垂直各向異性和磁電輸運(yùn)性質(zhì)。結(jié)果表明,Al終端結(jié)構(gòu)具有更高的垂直各向異性,界面Mn-O的形成不利于垂直各向異性的提升。在兩種終端結(jié)構(gòu)的隧道結(jié)中均得到了巨大的隧穿磁電阻比,并且該隧道結(jié)具有很好的偏壓耐受能力。由于較大的凈余自旋流,隧道結(jié)面內(nèi)自旋轉(zhuǎn)移力矩隨外加偏壓的增加而線性增加。(2)簡(jiǎn)要介紹了宏自旋模型在電流導(dǎo)致的磁化翻轉(zhuǎn)方面的應(yīng)用。在宏自旋框架下,給出了磁矩滿足的穩(wěn)態(tài)方程,討論了面內(nèi)磁場(chǎng)在自旋軌道耦合力矩導(dǎo)致的磁化翻轉(zhuǎn)中的重要作用,并給出了磁矩穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)定性的判別方法。(3)通過優(yōu)化得到了具有垂直各向異性的Pt/Co/MgO和Ta/CoFeB/MgO磁異質(zhì)結(jié)構(gòu)。利用鎖相技術(shù),表征了兩磁異質(zhì)結(jié)構(gòu)中電流攜帶的類場(chǎng)和類阻尼有效場(chǎng)的成分。通過引入偏置電流,研究了類場(chǎng)和類阻尼兩類自旋軌道耦合力矩在磁化翻轉(zhuǎn)方面的不同作用,并利用宏自旋模型定性的給出了與實(shí)驗(yàn)相符的結(jié)果。(4)基于十字形狀Hall條的器件結(jié)構(gòu),在Pt/Co/MgO磁異質(zhì)結(jié)構(gòu)中提出了兩種自旋邏輯單元的可能實(shí)現(xiàn)方案。第一種方案中,兩路邏輯輸入電流在Hall條的同一支路,磁場(chǎng)加在電流支路方向;第二種方案中,兩路邏輯輸入電流施加在Hall條中兩條相互垂直的支路上,磁場(chǎng)加在兩支路的角分線方向。在兩種方案中,均在單一邏輯單元中實(shí)現(xiàn)了五種邏輯功能,并且邏輯單元的功能可編程,存儲(chǔ)在邏輯單元中的信息具有非易失性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O469

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