一、自旋阀与磁隧道结

1991 年,在 GMR 的基础上,发展了自旋阀结构(Spin Valve, SV),即通过反铁 磁层来钉扎一侧的铁磁层,使之对适当大小的磁场不敏感,从而可以获得相对较大的 磁阻变化率[5,6]。1995 年,J.S.Moodera 等[7,8]通过插入很薄的绝缘层,将钉扎层和自 由层分开,开发出磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction, MTJ)。隧穿电阻受磁场的 作用与自旋阀类似,呈现出 20%-40%的电阻变化率(如图 1.2 所示)。GMR 和 MTJ 在商 业上的应用十分广泛。比较重要的应用有:磁场传感器、硬盘读头、电流隔离器以及 磁随机存储器(Magnetic Random Access Memory, MRAM)。

 

 

图 1.2 自旋相关的运输结构:(A)自旋阀;(B)磁隧道结[1] 二、自旋转移矩效应

1996 年, J.Slonczewski 和 L.Berger 在 理 论 上 预 言 了 自 旋 转 移 矩 效 应

(Spin-Transfer Torque, STT)[9,10]。即当自旋极化电流通过磁性材料时,电流中的 自旋电子会对费米面附近电子产生影响,使磁性薄膜磁化矢量发生改变。这一发现被 认为是继 GMR 之后自旋电子学领域的又一重要发现,使直接利用电流操控磁性材料的 磁矩成为可能。M.D.Stiles 等[11]认为自旋转移矩效应之所以发生在磁异质结中,是因 为从非磁性体到铁磁体的自旋流的横向分量在界面处被吸收。并通过自由电子模型和 第一性原理,对真实材料中三种不同的吸收机制进行了分析。

近几年来, 自旋转移矩效应引起了人们越来越多的关注。J.C.Sankey 等[12]利用 STT 开发了电激发磁存储器和纳米级别的微波振荡器。而基于 STT 转换的磁隧道结更

 

 

 

是吸引了大量开发者对 STT 转换磁随机存储器的兴趣(STT-MRAM)[13]。STT 这种效应, 正推动着新一代电流驱动磁性存储和逻辑器件的发展。

三、电控磁效应 磁性材料一旦被准备或者投入使用,很难改变其磁学性能。尽管在信息技术中,

磁性材料可以存储万亿的比特,但是在磁化翻转的过程中,磁性介质本身的性能并没 有发生改变。对于科技和基础科学,特别是电磁学和自旋电子学,外在调控磁性材料 性能的能力是迫切需要的[14,15]。为了使调控磁化的技术与半导体制备兼容,电场调控 磁化这一途径备受研究者的青睐。

2000 年,H.Ohno 等[16]报道了使用绝缘门电极场效应晶体管结构,在半导体合金 (In,Mn)As 薄膜中实现了铁磁体的电场调控。通过施加电场,可以等温可逆地改变空 穴诱导的铁磁性的转变温度。D.Chiba 等[17]通过施加电场改变(In,Mn)As 载流子的浓 度,成功地调控了磁化翻转所对应的矫顽力。紧接着,他们通过施加电场,调控了 (Ga,Mn)As 中的空穴浓度和磁各向异性,继而操纵了磁化矢量[18](如图 1.3 所示)。随 着越来越多关于电场调控磁性的报道,电场调控磁性的研究逐渐显示出其重要性。

 

 

图 1.3 电场调控磁化矢量[18] 除自旋阀与磁隧道结、自旋转移矩效应及电控磁效应外,近年来,随着对电子自

旋研究的不断深入,自旋霍尔效应(Spin Hall Effect, SHE)[19,20]、自旋霍尔磁阻(Spin Hall Magnetoresistance, SMR)[21,22]、自旋赛贝克效应(Spin Seebeck Effect, SSE)

[23,24]等一批新的物理现象与效应不断被发现与认识,极大丰富和发展了自旋电子学的

相关理论。与此同时,基于电子自旋的器件也不断被开发。可以说,自旋电子学众多 的研究分支,正驱动着未来应用方式的巨大转变,推动着社会文明的发展与进步。

上一篇:中低温SOFC阴极LnBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ电化学性能研究
下一篇:车桥支撑加强板圆形焊接螺母与镀锌钢板的凸焊工艺试验研究

基于反铁磁稀释效应的交...

层间交换偏置体系中反铁...

磁控溅射铁磁/反铁磁交换...

Pb基反铁电材料性能的研究

反铁磁的各向异性磁电阻效应及其电场调控

安康汉江网讯

麦秸秆还田和沼液灌溉对...

ASP.net+sqlserver企业设备管理系统设计与开发

网络语言“XX体”研究

老年2型糖尿病患者运动疗...

LiMn1-xFexPO4正极材料合成及充放电性能研究

张洁小说《无字》中的女性意识

我国风险投资的发展现状问题及对策分析

互联网教育”变革路径研究进展【7972字】

新課改下小學语文洧效阅...