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Ni_(80)Fe_(20)/ITO多层薄膜体系中自旋相关输运效应研究

高春红  
【摘要】: 自旋电子学是近年来发展起来的微电子学和磁学的交叉学科,它的研究主题是操作和利用电子的自旋自由度作为信息存储和传输的载体,是以多数自旋电子与少数自旋电子传导特性的差异为基础。自旋相关输运现象是自旋电子学研究的基本课题之一。目前对全金属多层薄膜与颗粒薄膜体系以及金属/绝缘体多层薄膜与颗粒薄膜体系的自旋相关输运现象已有比较深入的研究,并在此基础上开发了新一代的商用随机磁存储器件。金属/半导体体系的三层膜和多层薄膜体系自旋相关输运的研究是当前自旋电子学研究的热点。 本论文对Ni_(80)Fe_(20)/ITO三层膜和多层薄膜体系中自旋相关输运效应进行了研究,采用了广泛应用于光电子学器件的透明半导电宽带隙半导体氧化锡铟(ITO)与具有很高的弱磁场导磁率的坡莫合金(Ni_(80)Fe_(20)),以典型的自旋相关输运结构——三层膜和多层薄膜对铁磁金属/半导体体系的自旋相关输运现象进行了研究。主要内容包括以下几个方面: (1)在硅衬底和玻璃衬底上,采用直流磁控溅射与射频磁控溅射交替沉积制备了不同ITO层厚度、相同Ni_(80)Fe_(20)厚度的三层薄膜,并采用高精度振动样品磁强计对样品的磁性进行了表征。观察到在固定Ni_(80)Fe_(20)磁层厚度下,衬底以及ITO层厚度对三层薄膜磁性有调制作用。 (2)在硅衬底上,采用直流磁控溅射与射频磁控溅射交替沉积制备了不同Ni_(80)Fe_(20)层厚度的[(Ni_(80)Fe_(20)) _(tnm)/(ITO) _(2nm)]_(20)多层薄膜,并采用高精度振动样品磁强计、变温磁-电综合测试系统对样品的磁学、电输运以及自旋相关磁电阻效应进行了表征。 (3)观察到在固定铁磁层厚度下,ITO层厚度对三层膜磁性有调制作用。 (4)室温和低温下均观察到非线性的电流-电压曲线,分析表明多层薄膜的磁电阻效应部分来源于隧穿效应。 (5)观察到相同磁场和电流下,磁电阻率可由温度操控:随着温度下降,先是由正磁电阻率上升到某极大值;然后随温度的进一步下降而下降,直至由正磁电阻率变为负磁电阻率,并对可能产生该现象的机制进行了讨论。 (6)观察到相同磁场和温度下,磁电阻率可由电流操控:在较高温度时,磁电阻率随电流的增加,由正磁电阻率变为负磁电阻率;在较低温度时,磁电阻率随电流的增加,由负磁电阻率变为正磁电阻率,并对可能产生该现象的机制进行了讨论。


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