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SEMI OpenIR  > 半导体超晶格国家重点实验室  > 学位论文

题名: 基于超高垂直磁各向异性L10-MnGa的磁性多层膜及相关自旋电子学器件
作者: 赵旭鹏
答辩日期: 2018-5-18
摘要: 

随着人类社会的不断进步和信息技术的飞速发展,人们对高密度、非易失性、低功耗和高速智能的信息存储和处理的需求急剧增加。垂直磁各向异性材料在高灵敏度磁敏传感器、非易失性磁存储器和大功率微波振荡器等领域有着广泛的应用前景。作为典型的垂直磁各向异性材料,L10-MnGa受到了人们的高度关注。本论文利用分子束外延技术在GaAs衬底外延生长出高质量的L10-MnGa基磁性多层膜,并对结构、磁性进行了系统研究。其次,本文还研究了相关自旋电子学器件的输运行为。主要内容如下:

(1) 研究了高质量L10-MnGa/Co/MgO/Fe磁性隧道结中的隧穿磁电阻效应。L10-MnGa薄膜具有超高垂直磁各向异性、大矫顽力和高自旋极化度,是制备宽线性响应范围磁敏传感器的理想磁性参考层材料。超薄的Co (~0.8 nm)插层用于改善L10-MnGaMgO的晶格失配并抑制Mn的扩散。对于垂直磁场探测,该磁性隧道结的室温隧穿磁电阻比值为27.4%,线性动态响应范围高达5600 Oe。同时,隧穿磁电阻曲线在动态响应范围内具有低非线性度和高可重复性。这些结果表明L10-MnGa基垂直磁性隧道结可以作为一种理想的高性能磁敏传感器。

(2) 研究了原位生长的L10-MnGa/FeMn双层膜中的自发垂直交换偏置现象。磁性和反常霍尔效应测量表明自发垂直交换偏置是该交换偏置系统中的本征特性。在低温下,磁滞回线的左右支存在明显的不对称性,这是由于磁化翻转过程中L10-MnGa/FeMn双层膜系统存在不同反相畴钉扎的磁畴壁翻转过程。垂直交换偏置场Heb对温度T和反铁磁层厚度tFeMn的依赖特性可以由反铁磁磁畴态模型解释。当温度为5 K时,在L10-MnGa (5 nm)/FeMn (8 nm)双层膜中观察到高达8.9 kOe的自发垂直交换偏置场Heb。这一结果为在新型自旋电子学器件中无需外磁场辅助建立垂直交换偏置提供了实验参考。

(3) 研究了L10-MnGa/FeMn/AlOx/Pt反铁磁性隧道结中的垂直隧穿各向异性磁电阻效应。由于交换弹簧作用,L10-MnGa中铁磁自旋可以驱动FeMn中反铁磁自旋发生部分转动,使隧穿态密度发生变化并导致隧穿各向异性磁电阻效应。隧穿各向异性磁电阻曲线在正、负场下分别呈高阻态和低阻态,表现出明显的磁滞特性。当温度为300 K隧穿各向异性磁电阻比值达到了0.86 %隧穿各向异性磁电阻的角度依赖关系与其磁滞特性保持一致。随着温度升高,FeMn界面反铁磁自旋的向下分量变小,导致高电阻态和低电阻态的不对称性降低。这些实验结果为将来垂直反铁磁性隧道结的实际应用奠定了初步基础。

学位: 博士
专题: 半导体超晶格国家重点实验室 _学位论文

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博士学位论文 赵旭鹏 201518013607021.pdf3727KbAdobe PDF 联系获取全文


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推荐引用方式:
赵旭鹏.基于超高垂直磁各向异性L10-MnGa的磁性多层膜及相关自旋电子学器件[博士].北京.中国科学院研究生院.2018
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