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《清华大学》 2016年
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多铁异质结构中电场调控磁化翻转和隧道磁电阻的研究

陈爱天  
【摘要】:电场调控磁性能够有效降低功耗,在未来低功耗多功能器件等方面具有巨大的潜在应用前景而受到了广泛关注。铁磁/铁电多铁异质结构是实现电场调控磁性的有效途径,其中室温、磁电耦合效应大的应变媒介磁电耦合是最为活跃的研究领域之一。目前电场调控磁化翻转仍然是一个具有挑战性的课题,应变机制和交换偏置的结合被认为是有望实现电场调控可逆磁化翻转的一种方法,尽管已经有电场调控交换偏置的相关尝试,但可逆磁化翻转的电场调控尚未实现。另一方面,磁性隧道结作为自旋电子学的重要组成部分,其隧道磁电阻的电场调控对低功耗自旋电子学器件至关重要,目前相关工作存在着工作温度低、需要磁场辅助或易失性调控等问题,室温零磁场下电场非易失调控隧道磁电阻的研究还未见报道。针对上述两个问题,本文选取压电性能优良的PMN-PT(011)作为铁电衬底,在其上生长磁性多层膜,并开展了相关的研究。将Co Fe B/Ir Mn交换偏置结构生长在铁电单晶PMN-PT(011)上,通过测量不同电场下交换偏置的角度依赖行为,发现电场能够有效地调控交换偏置体系中单向磁各向异性和单轴磁各向异性的比例和相对取向,得到了不同角度下显著的电场调控交换偏置和可逆磁化翻转。利用Stoner-Wohlfarth模型进行的理论计算表明,电场调控交换偏置来源于电场诱导的Co Fe B单轴磁各向异性引起的交换偏置体系中单轴磁各向异性和单向磁各向异性的竞争。进一步,通过优化Co Fe B/Ir Mn钉扎方向,实现了室温零磁场下电场调控磁化翻转。交换偏置体系和铁电材料的结合为交换偏置的研究和电场调控磁性研究提供了新的方法和思路。在PMN-PT(011)中通过-1.6 kV/cm~8 kV/cm的双极性不对称电场产生的铁电畴面内和面外极化,得到了非易失应变,这种应变能够有效调控Co Fe B磁各向异性。我们将核心结构为Ir Mn/Co Fe B/Mg O/Co Fe B的磁性隧道结生长在PMN-PT(011)上,得益于电场对自由层磁化的非易失90?旋转,在零磁场下电场使磁性隧道结自由层和钉扎层磁化的相对取向在平行(反平行)和垂直之间往复调控,从而在室温零磁场下实现了电场对隧道磁电阻的非易失调控,这对低功耗自旋电子学器件和信息存储具有重要的参考意义。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O482.5

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