本文關(guān)鍵詞：基于反�；魻栃�(yīng)的Co基自旋電子材料的研究

  更多相關(guān)文章： 反�；魻栃�(yīng) [Co/Pt]_n多層膜 磁各向異性 金屬/氧化物界面

【摘要】：隨著自旋電子學(xué)的高速發(fā)展,具有高自旋軌道耦合的自旋電子學(xué)材料受到了人們的普遍關(guān)注。其中Co基多層膜以其巨大的自旋軌道耦合作用和便于調(diào)控的磁各向異性,成為下一代磁隨機(jī)存儲(chǔ)單元和磁傳感器的首選材料之一。目前,關(guān)于Co基多層膜中反�；魻栃�(yīng)的研究工作已經(jīng)開(kāi)展起來(lái)并取得一些進(jìn)展,但是關(guān)于這方面的研究仍然存在著亟待解決的問(wèn)題。理論上,低維度下Co基多層膜中反�；魻栃�(yīng)究竟是何種機(jī)制占主導(dǎo)地位,三種機(jī)制隨著多層膜周期數(shù)變化是如何相互競(jìng)爭(zhēng)的,這些問(wèn)題都需要進(jìn)一步澄清；實(shí)際應(yīng)用中,Co基多層膜的反�；魻栃�(yīng)偏小,這限制了基于該種材料反�；魻栃�(yīng)的線性傳感器和磁存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。因此,對(duì)這種材料的深入研究有助于我們澄清Co基多層膜體系反�；魻栃�(yīng)三種機(jī)制對(duì)該物理效應(yīng)的調(diào)制作用,同時(shí)開(kāi)發(fā)基于反常霍爾效應(yīng)的新型自旋電子學(xué)器件材料。本論文中主要利用磁控濺射系統(tǒng)結(jié)合綜合物性測(cè)量系統(tǒng)等一系列表征手段對(duì)Co基多層膜中的反常霍爾效應(yīng)進(jìn)行研究。主要研究成果如下： 研究了MgO/[Co/Pt]3/MgO三明治結(jié)構(gòu)中缺陷濃度對(duì)反�；魻栰`敏度的影響。通過(guò)在金屬／氧化物界面處引入超薄非連續(xù)納米調(diào)控層改變界面處的缺陷濃度,發(fā)現(xiàn)了界面缺陷濃度對(duì)反常霍爾靈敏度有著重要影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示界面缺陷濃度的大幅降低使得該體系中的反常霍爾靈敏度高達(dá)8363Ω/T,該指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了半導(dǎo)體霍爾磁場(chǎng)傳感器的靈敏度。 研究了復(fù)合氧化物MgO/CoO對(duì)[Co/Pt]3多層膜中反常霍爾效應(yīng)的影響。我們采用復(fù)合氧化物MgO/CoO包覆[Co/Pt]3多層膜使得該體系的反常霍爾效應(yīng)提升67%,同時(shí)其垂直磁各向異性也得到了明顯增強(qiáng)。微結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了這與復(fù)合氧化物MgO/CoO包覆[Co/Pt]3多層膜的界面化學(xué)狀態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化有關(guān)。復(fù)合氧化物改善了界面化學(xué)狀態(tài)同時(shí)促進(jìn)[Co/Pt]3多層膜晶化程度提高,導(dǎo)致了反�；魻栃�(yīng)和垂直磁各向異性的提高。 我們?cè)O(shè)計(jì)了一種可用于3D存儲(chǔ)器的反�；魻栃�(yīng)材料,利用[Co/Pt]3多層膜和NiO調(diào)控鐵磁層之間的弱耦合作用實(shí)現(xiàn)了人工“量子化的霍爾狀態(tài)”,基于這種材料我們提出了自旋算盤(pán)的概念,這有利于實(shí)現(xiàn)高密度、高運(yùn)算速度、非易失多進(jìn)制3D存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)。這種材料能夠解決當(dāng)前3D存儲(chǔ)器材料讀取信息過(guò)程中信息丟失的問(wèn)題。 研究MgO/Co界面與Co/MgO界面對(duì)MgO/[Co/Pt]3/MgO中磁輸運(yùn)性質(zhì)的影響。我們發(fā)現(xiàn)MgO/Co界面與Co/MgO界面的化學(xué)狀態(tài)有明顯差別,這種不同的界面化學(xué)狀態(tài)通過(guò)影響該體系中的磁性,進(jìn)而影響其反�；魻栃�(yīng)。我們的研究揭示了這種由于生長(zhǎng)順序不同造成的不同界面化學(xué)狀態(tài)對(duì)反�；魻栃�(yīng)有著截然不同的調(diào)控作用。 研究了不同氧化物對(duì)[Co/Pt]3多層膜中反�；魻柶D(zhuǎn)角的影響。我們?cè)贑oO/[Co/Pt]7/CoO中實(shí)現(xiàn)了室溫下垂直磁各向異性體系中巨大的反常霍爾偏轉(zhuǎn)角(5.1%),突破了關(guān)于Pt基納米磁性薄膜反�；魻柶D(zhuǎn)角不可能超過(guò)5%的預(yù)言和技術(shù)瓶頸。這就使得基于反�；魻栃�(yīng)的邏輯存儲(chǔ)器材料有可能可以與當(dāng)前主流的半導(dǎo)體技術(shù)(CMOS技術(shù))直接接駁。我們發(fā)現(xiàn)不同氧化物對(duì)自旋電子的散射作用不同,從而影響了反常霍爾偏轉(zhuǎn)角的大小。并且Co/Pt界面數(shù)目的增加,改變了自旋電子的散射作用,從而調(diào)制了決定反常霍爾效應(yīng)的三種機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,進(jìn)而獲得了巨大的反�；魻柶D(zhuǎn)角。
【關(guān)鍵詞】：反�；魻栃�(yīng) [Co/Pt]_n多層膜 磁各向異性 金屬/氧化物界面
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O572.322
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 引言11-13
• 2 自旋電子學(xué)研究進(jìn)展13-37
• 2.1 自旋電子學(xué)的變革13-16
• 2.2 磁電阻的分類16-19
• 2.3 霍爾效應(yīng)19-36
• 2.3.1 霍爾效應(yīng)的分類19-24
• 2.3.2 反常霍爾效應(yīng)的理論研究進(jìn)展24-29
• 2.3.3 基于反�；魻栃�(yīng)的自旋電子學(xué)材料及器件29-36
• 2.4 本論文的研究目的與內(nèi)容36-37
• 3 材料制備方法與表征方法37-53
• 3.1 薄膜制備過(guò)程37-40
• 3.1.1 基片清洗37
• 3.1.2 薄膜樣品制備37-40
• 3.1.3 薄膜的熱處理40
• 3.2 半導(dǎo)體微加工過(guò)程40-44
• 3.2.1 微納加工技術(shù)40-42
• 3.2.2 微納加工器件基本流程42-44
• 3.3 薄膜分析測(cè)試表征方法44-53
• 3.3.1 薄膜厚度測(cè)試44-46
• 3.3.2 薄膜磁性及電輸運(yùn)性質(zhì)的測(cè)試46-48
• 3.3.3 薄膜化學(xué)狀態(tài)及成分表征48-49
• 3.3.4 薄膜微結(jié)構(gòu)表征49-50
• 3.3.5 薄膜缺陷表征50-53
• 4 具有高磁場(chǎng)靈敏度Co基多層膜反常霍爾傳感器材料的研究53-63
• 4.1 引言53-54
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法54-55
• 4.3 結(jié)果與討論55-61
• 4.4 小結(jié)61-63
• 5 復(fù)合氧化物提高具有垂直磁各向異性[Co/Pt]_3多層膜反�；魻栃�(yīng)的研究63-71
• 5.1 引言63-64
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法64
• 5.3 結(jié)果與討論64-69
• 5.4 小結(jié)69-71
• 6 基于反常霍爾效應(yīng)的3D存儲(chǔ)器材料的研究71-79
• 6.1 引言71-72
• 6.2 實(shí)驗(yàn)方法72
• 6.3 結(jié)果與討論72-78
• 6.4 小結(jié)78-79
• 7 不同界面對(duì)MgO/[Co/Pt]_3/MgO三明治結(jié)構(gòu)中磁輸運(yùn)性能影響的研究79-89
• 7.1 引言79-80
• 7.2 實(shí)驗(yàn)方法80
• 7.3 結(jié)果與討論80-87
• 7.4 小結(jié)87-89
• 8 具有高反�；魻柶D(zhuǎn)角的Co基多層膜存儲(chǔ)器材料的研究89-99
• 8.1 引言89-90
• 8.2 實(shí)驗(yàn)方法90
• 8.3 結(jié)果與討論90-97
• 8.4 小結(jié)97-99
• 9 結(jié)論99-101
• 參考文獻(xiàn)101-117
• 作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)研究成果117-123
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集123

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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本文編號(hào)：955108