近年來(lái),隨著自旋電子學(xué)器件在信息領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用,自旋電子學(xué)器件的構(gòu)筑和調(diào)控引起人們?cè)絹?lái)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(diǎn)。目前,人們已經(jīng)實(shí)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(guò)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(zhǎng)薄膜產(chǎn)生的晶格應(yīng)力。通過(guò)這些方法,研究者成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)自旋電子器件性質(zhì)的調(diào)控,對(duì)自旋電子學(xué)的發(fā)展起到了重要的促進(jìn)作用。盡管目前人們已經(jīng)實(shí)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(jìn)一步完善,許多新的物理現(xiàn)象有待發(fā)現(xiàn),其中蘊(yùn)藏的物理機(jī)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(duì)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(jìn)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?jiǎng)?chuàng)新性成果包括:（1）利用形狀記憶合金在相變過(guò)程中產(chǎn)生的... 

【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：136 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(cè)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(chǎng)的大小，＆為??反常霍爾系數(shù)，乂代表磁性材料的自發(fā)磁化強(qiáng)度。公式（２．１）揭示了磁性材料??中，反常霍爾效應(yīng)與外磁場(chǎng)和自發(fā)磁化強(qiáng)度的關(guān)系，該式適用于大部分材料??體系。??這一看似簡(jiǎn)單的物理效應(yīng)卻經(jīng)歷了很多的爭(zhēng)論，目前有三種被人們廣泛??接受的關(guān)于反�；魻栃�(yīng)的機(jī)制，如圖２－３所示，分別為本征機(jī)制、側(cè)躍機(jī)??制和斜散射機(jī)制［３７］。本征機(jī)制產(chǎn)生反�；魻栃�(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(chǎng)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(dòng)量空間中作為贗磁場(chǎng)，可以貢獻(xiàn)垂直于電場(chǎng)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(xiàng)代表與貝里曲率相關(guān)的電子具有垂直于電場(chǎng)的速度。除了??基于貝里曲率的本征機(jī)制，人們還提出了雜質(zhì)散射相關(guān)的外稟機(jī)制來(lái)解釋反??�；魻栃�(yīng)的來(lái)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(shí)，電子在接近或遠(yuǎn)離雜質(zhì)的時(shí)候，由于受到相反電場(chǎng)的作用，??電子的速度會(huì)向相反的方向偏轉(zhuǎn)，電子波包的質(zhì)心在中心勢(shì)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(shì)差，這種產(chǎn)生反�；魻�??效應(yīng)的機(jī)制稱為側(cè)躍機(jī)制。Ｓｍｉｔｆ３９，４（）Ｈ人為反常霍爾效應(yīng)的來(lái)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(duì)稱散射行為，從而形成??橫向的電勢(shì)差，這種機(jī)制稱為斜散射機(jī)制。??ｕ．??本征機(jī)制??（ｂ）???????＇ｖＪｓ＾?側(cè)躍機(jī)制??

流和自旋極化可用??娜Ｊｃ印來(lái)表達(dá)。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?cè)诶碚撋项A(yù)測(cè)了自旋霍爾效應(yīng)的存在，但是直到２１世紀(jì)??初自旋霍爾效應(yīng)才被探測(cè)到［４３］。其中，阻礙自旋霍爾效應(yīng)在實(shí)驗(yàn)中被探測(cè)到??的一個(gè)原因是無(wú)法直接獲得電信號(hào)。基于自旋霍爾效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制，??Ｍｕｒａｋａｍｉ等人［４３］提出可以在半導(dǎo)體材料中，利用光學(xué)探測(cè)的方法探測(cè)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)的摻雜ＧａＡｓ??薄膜中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電場(chǎng)通入通道，磁場(chǎng)垂直于電場(chǎng)方向施加時(shí)，可以在靠近樣??品邊緣處觀察到自旋蓄積，同時(shí)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(cè)量只能定性地分析自旋霍爾效應(yīng)，而且??受測(cè)量分辨率的限制，對(duì)于自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度只有幾個(gè)納米的金屬材料而言，這??種光學(xué)測(cè)量的方式顯得無(wú)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(cè)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(cè)到的自??旋蓄積結(jié)果１４４１??－７?－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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