自旋電子學(xué)作為一門快速發(fā)展的學(xué)科對(duì)于物理學(xué)前沿理論的開拓與信息技術(shù)的進(jìn)步都具有重要的意義,而作為自旋電子器件核心結(jié)構(gòu)的磁性納米多層膜體系也因此成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。這其中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域就是關(guān)注磁性薄膜體系中受表面界面等因素調(diào)控的磁疇結(jié)構(gòu)。光發(fā)射電子顯微鏡可以兼容多種光源實(shí)現(xiàn)激發(fā)過程,同時(shí)對(duì)于表面信息更為敏感,因此成為了研究薄膜體系中磁疇結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)手段。另一方面,深紫外激光技術(shù)的重大突破使得光發(fā)射電子顯微鏡擺脫大型同步輻射裝置的限制而開展磁疇結(jié)構(gòu)研究變?yōu)榱丝赡堋Ｒ虼吮菊撐囊怨獍l(fā)射電子顯微鏡作為核心表征技術(shù)手段,在具有單晶外延結(jié)構(gòu)的鐵磁/反鐵磁異質(zhì)薄膜體系中開展了關(guān)于近費(fèi)米能級(jí)的光電子激發(fā)磁成像技術(shù)的探索,主要成果如下:（1）以偏振態(tài)可調(diào)的177.3 nm深紫外激光作為激發(fā)光源接入光發(fā)射電子/低能電子顯微鏡（PEEM/LEEM）系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于20 nm空間分辨率的表面觀測(cè)。設(shè)計(jì)樣品傳輸裝置并完成了光發(fā)射電子顯微鏡與分子束外延聯(lián)合系統(tǒng)的搭建工作,使得在單晶薄膜體系中開展PEEM磁成像觀測(cè)實(shí)驗(yàn)具備了技術(shù)條件。（2）在具有外延結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量FePt薄膜中利用深紫外激光-光發(fā)射電子顯微鏡作... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

過往40年集成芯片性能的進(jìn)化趨勢(shì)（數(shù)據(jù)來自GitHub）

第 1 章 緒論半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展具有藍(lán)圖意義的摩爾定律[5]。在這一進(jìn)程中起決定性作用集成器件的特征尺寸。對(duì)于晶體管而言，更小的溝道長(zhǎng)度可以實(shí)現(xiàn)信息的更遞，這一點(diǎn)從近 40 年中央處理器（CPU）時(shí)鐘頻率的提升可以看出（圖 1.1），的收益就是功耗的降低與集成度的提高，這與摩爾定律相對(duì)應(yīng)。但是當(dāng)器件征尺寸進(jìn)入到納米量級(jí)時(shí)量子效應(yīng)的干預(yù)與漏電流導(dǎo)致的能耗增加使得集路的發(fā)展遇到了瓶頸[6, 7]，此時(shí)人們開始考慮對(duì)電荷之外的電子另一內(nèi)稟屬旋加以利用并由此形成了自旋電子學(xué)（Spintronics）。自旋電子學(xué)的發(fā)展始于巨磁電阻（giantmagnetoresistance，GMR）效應(yīng)的發(fā)上世紀(jì) 80 年代，法國(guó)的 Albert Fert 教授[8]與德國(guó)的 Peter Grünberg 教授[9, 10]組分別在具有反鐵磁耦合的Fe/Cr超晶格體系中發(fā)現(xiàn)了巨大的磁電阻效應(yīng)并雙電流模型對(duì)此做出了解釋（圖 1.2）。

磁性外延異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜中的光發(fā)射電子顯微學(xué)研究NiFe 層的頂釘扎作用下，施加外場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)兩鐵磁層平行態(tài)與反平行態(tài)的切而產(chǎn)生 GMR 效應(yīng)。這一構(gòu)型隨后被 IBM 公司應(yīng)用于新一代硬盤讀頭設(shè)計(jì)取代了基于各向異性磁電阻（anisotropicmagnetoresistance，AMR）效應(yīng)的讀硬盤的信息存儲(chǔ)密度由此得到了大幅度提升[16]。此后希捷公司在 2004 開發(fā)一代基于非晶勢(shì)壘層隧道結(jié)的硬盤讀頭并于 2009 年將勢(shì)壘升級(jí)為 MgO，由硬盤碟片存儲(chǔ)密度提升至 800 Gb/inch2。圖 1.3 顯示了硬盤讀頭技術(shù)的發(fā)展，得益于 GMR 與 TMR 效應(yīng)的應(yīng)用與存儲(chǔ)方式的革新，機(jī)械硬盤的存儲(chǔ)密過往的幾十年得到了顯著提升，對(duì)信息技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]磁性斯格明子:前景與挑戰(zhàn)[J]. 丁海峰,繆冰鋒,Kirsten von Bergmann.  物理. 2017(05)
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[3]PEEM/LEEM技術(shù)在兩維原子晶體表面物理化學(xué)研究中的應(yīng)用[J]. 寧艷曉,傅強(qiáng),包信和.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(01)
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[5]同步輻射X射線磁二色性在自旋電子學(xué)研究中的應(yīng)用[J]. 吳義政.  物理. 2010(06)
[6]深紫外全固態(tài)激光源[J]. 許祖彥.  中國(guó)激光. 2009(07)
[7]深紫外非線性光學(xué)晶體及其應(yīng)用[J]. 陳創(chuàng)天,劉麗娟.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2007(S1)



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