發(fā)布時間：2021-03-30 03:47

　　近年來,隨著自旋電子學(xué)器件在信息領(lǐng)域的實際應(yīng)用,自旋電子學(xué)器件的構(gòu)筑和調(diào)控引起人們越來越廣泛的關(guān)注。應(yīng)力作為一種重要的調(diào)控手段,在自旋電子器件的電學(xué)、磁學(xué)等性能的調(diào)控方面發(fā)揮著重要的作用,因此,為自旋電子器件尋找有效且穩(wěn)定的應(yīng)力源成為人們研究的焦點。目前,人們已經(jīng)實現(xiàn)的能夠調(diào)控自旋電子器件的應(yīng)力源主要包括:利用壓電材料的壓電性質(zhì)產(chǎn)生的應(yīng)力,利用形狀記憶合金的相變過程產(chǎn)生的應(yīng)力,利用柔性基底的可彎折性質(zhì)提供的應(yīng)力,以及利用不同晶格常數(shù)的基底外延生長薄膜產(chǎn)生的晶格應(yīng)力。通過這些方法,研究者成功地實現(xiàn)了對自旋電子器件性質(zhì)的調(diào)控,對自旋電子學(xué)的發(fā)展起到了重要的促進作用。盡管目前人們已經(jīng)實現(xiàn)了部分自旋電子器件的應(yīng)力調(diào)控,但是調(diào)控的幅度和可逆性等仍待進一步完善,許多新的物理現(xiàn)象有待發(fā)現(xiàn),其中蘊藏的物理機制尚待澄清。因此,本論文以應(yīng)力調(diào)控為核心,采用形狀記憶合金、柔性基底、壓電材料、外延晶格應(yīng)力這四種應(yīng)力源,對巨磁電阻、垂直磁各向異性、垂直交換偏置、以及自旋軌道矩等自旋電子器件中的重要物理效應(yīng)進行應(yīng)力調(diào)控研究,探索應(yīng)力調(diào)控的物理本質(zhì)。論文的主要創(chuàng)新性成果包括:（1）利用形狀記憶合金在相變過程中產(chǎn)生的... 

【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)】：136 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－２所示，為??Ｓｉ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／ＦｅＭｎ／Ａｇ異質(zhì)結(jié)的磁滯回線和磁電阻曲線的測試結(jié)果

?自旋電子器件的應(yīng)力調(diào)控研究???為霍爾電阻率為霍爾系數(shù)，／／ｚ代表沿著面外方向磁場的大小，＆為??反�；魻栂禂�(shù)，乂代表磁性材料的自發(fā)磁化強度。公式（２．１）揭示了磁性材料??中，反�；魻栃�(yīng)與外磁場和自發(fā)磁化強度的關(guān)系，該式適用于大部分材料??體系。??這一看似簡單的物理效應(yīng)卻經(jīng)歷了很多的爭論，目前有三種被人們廣泛??接受的關(guān)于反�；魻栃�(yīng)的機制，如圖２－３所示，分別為本征機制、側(cè)躍機??制和斜散射機制［３７］。本征機制產(chǎn)生反常霍爾效應(yīng)是基于貝里相位（Ｂｅｒｒｙ?ｐｈａｓｅ）??提出的。如圖２－３（ａ）所示，在外加電場的作用下，源于布洛赫電子帶間相互??作用的貝里曲率可以在動量空間中作為贗磁場，可以貢獻垂直于電場方向的??電子速度，且在鐵磁體中電流和不為零。如公式嘗＝?所示，??公式右邊的第二項代表與貝里曲率相關(guān)的電子具有垂直于電場的速度。除了??基于貝里曲率的本征機制，人們還提出了雜質(zhì)散射相關(guān)的外稟機制來解釋反??�；魻栃�(yīng)的來源。如圖２－３（ａ）所示，Ｂｅｒｇｅｒ在１９７０年提出ｆ３８］，當(dāng)存在自旋??軌道交互作用時，電子在接近或遠離雜質(zhì)的時候，由于受到相反電場的作用，??電子的速度會向相反的方向偏轉(zhuǎn)，電子波包的質(zhì)心在中心勢的散射下發(fā)生不??連續(xù)和有限的側(cè)向位移，導(dǎo)致橫向的電荷累積和電勢差，這種產(chǎn)生反常霍爾??效應(yīng)的機制稱為側(cè)躍機制。Ｓｍｉｔｆ３９，４（）Ｈ人為反�；魻栃�(yīng)的來源如圖２－３（ｃ）所示，??由于自旋軌道交互作用，引起電子受到雜質(zhì)產(chǎn)生不對稱散射行為，從而形成??橫向的電勢差，這種機制稱為斜散射機制。??ｕ．??本征機制??（ｂ）???????＇ｖＪｓ＾?側(cè)躍機制??

流和自旋極化可用??娜Ｊｃ印來表達。是自旋流密度，乂代表電荷流密度，Ｄ服代表自旋??霍爾系數(shù)。盡管人們在理論上預(yù)測了自旋霍爾效應(yīng)的存在，但是直到２１世紀??初自旋霍爾效應(yīng)才被探測到［４３］。其中，阻礙自旋霍爾效應(yīng)在實驗中被探測到??的一個原因是無法直接獲得電信號�；谧孕魻栃�(yīng)的內(nèi)在機制，??Ｍｕｒａｋａｍｉ等人［４３］提出可以在半導(dǎo)體材料中，利用光學(xué)探測的方法探測自旋霍??爾效應(yīng)。沿此思路，Ｋａｔｏ等人｜４４］在２００４使用磁光克爾效應(yīng)的方法在實驗中??觀察到了自旋霍爾效應(yīng)。如圖２－４所示，Ｋａｔｏ等人在外延生長的摻雜ＧａＡｓ??薄膜中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電場通入通道，磁場垂直于電場方向施加時，可以在靠近樣??品邊緣處觀察到自旋蓄積，同時觀察到克爾轉(zhuǎn)角隨位置而改變，從而證明了??自旋霍爾效應(yīng)的存在。然而，光學(xué)測量只能定性地分析自旋霍爾效應(yīng)，而且??受測量分辨率的限制，對于自旋擴散長度只有幾個納米的金屬材料而言，這??種光學(xué)測量的方式顯得無能為力。??｛３）?＾?？?（ｂ）?（ａ．ｕ．）?ＭｋｘｓＯｖＨｆ?｛（．ｕ．）??？２－１?０?１?２?１?２?３?４?Ｓ??—ＩＩＩ??—１１１?）??！?Ｍｂ??５０‘丨卜Ｉ丨??Ｋｅｒｒ?ｒｏｔａｔｉｏｎ?（ｐｒａｄ）?Ｉ??＇?ｉ?ｉ??＊１００＞?；??【丨丨丨丨‘?＊?■＊?▲?■?１?ｓｏ?■■?‘??■４０?＾－０?４０?完．．．．．．〇＾??ｏｓｉ?ｉｏｎ?（＞ｉｍ）?Ｐ〇＊Ｈｉｏｏ?（ｐｍ）?Ｐｏｔｉｏｎ?｛￥ｔｍ）??圖２－４測量自旋霍爾效應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖以及利用磁光克爾顯微鏡觀測到的自??旋蓄積結(jié)果１４４１??－７?－??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]光刻與微納制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望[J]. 周輝,楊海峰.  微納電子技術(shù). 2012(09)
[2]磁控濺射鍍膜技術(shù)的發(fā)展[J]. 余東海,王成勇,成曉玲,宋月賢.  真空. 2009(02)
[3]原子力顯微鏡原理與應(yīng)用技術(shù)[J]. 劉歲林,田云飛,陳紅,吉曉江.  現(xiàn)代儀器. 2006(06)
[4]電子束曝光技術(shù)及其應(yīng)用綜述[J]. 王振宇,成立,�？�,李嵐.  半導(dǎo)體技術(shù). 2006(06)
[5]脈沖激光沉積技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 陳傳忠,包全合,姚書山,雷廷權(quán).  激光技術(shù). 2003(05)
[6]摩爾定律與半導(dǎo)體設(shè)備(續(xù)前)[J]. 翁壽松.  電子工業(yè)專用設(shè)備. 2003(01)



本文編號：3108798