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Co/ITO薄膜体系中自旋相关输运效应研究

吕玲  
【摘要】: 传统的微电子学主要是研究电子与空穴传导特性的差异,自旋电子学则是研究电子的自旋自由度,以多数自旋电子与少数自旋电子传导特性的差异为基础,不同于传统的微电子学在自旋电子学中自旋而不是电荷成为信息的载体。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磁存储器件,而对于金属-半导体体系多层薄膜的自旋相关输运效应的研究是当前自旋电子学研究的热点。 本论文Co/ITO薄膜体系采用透明导电宽带隙半导体氧化铟锡(ITO)与典型铁磁金属Co,对自旋相关输运中巨磁电阻效应的典型结构之一多层薄膜中铁磁金属-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)采用直流磁控溅射交替沉积制备固定厚度的铁磁层Co层与改变厚度的ITO非磁层的Co/ITO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磁学、电输运以及自旋相关磁电阻效应进行了表征。 (2)观察到在固定Co层厚度下样品的GMR随ITO层厚度的变化呈现周期性的振荡。 (3)分析不同结构样品电阻率随温度的变化规律,发现在低温下样品导电机制主要是Mott变程跳跃机制。 (4)室温与低温下均观察到较传统微电子半导体硅、锗等为非磁材料构成的铁磁金属/半导体多层薄膜显著的磁电阻效应,发现低温下磁电阻效应的增强主要是自旋混合效应减弱所致。 (5)对电阻和磁电阻随温度变化中出现的反常现象进行了探讨。 (6)在样品中观察到了自旋相关磁电阻效应,并将其与朗之万函数进行拟合,可将磁电阻分为两个部分:低场下的铁磁贡献的磁电阻;高场下的超顺磁磁电阻。


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