尖晶石氧化物势垒磁性隧道结研究

尖晶石结构材料的晶格常数与普通Fe，Co等铁磁金属的晶格常数具有很小的晶格适配度，并且其具有与氧化镁类似的复能带结构，能够有效地过滤特定能带的电子。因此很适合作为磁性隧道结的势垒层，它能有效地减少界面的缺陷，增加界面的平整度和清晰度。计算表明，该类磁性隧道结在保持高磁电阻比值的同时能显著改变偏压依赖关系。利用磁控溅射设备和分子束外延设备制备以尖晶石结构材料为势垒的磁性隧道结。研究其磁电输运性质，特别是存在于双势垒磁性隧道结中的量子阱共振隧穿效应和自旋相关的库伦阻塞效应。利用具有尖晶石结构的亚铁磁性材料制备的隧道结在室温下能够实现自旋注入和自旋过滤。利用薄膜生长设备制备单自旋过滤和双自旋过滤的隧道结。在此种结构的磁电极中有望不使用铁磁层实现高磁电阻比值和高效率的自旋注入和自旋过滤。本项目设计、制备的具有尖晶石势垒的磁性隧道结有望进一步拓展磁性隧道结的应用范围。

本项目的主要研究工作是基于尖晶石氧化物单势垒和双势垒的磁性隧道结。通过本项目实施，我们成功研究了CoFeB/MgAl2O4/CoFeB、Fe/MgZnO/Fe、Fe3Si/MgO/Fe3Si、CoFeB/MgO/CoFeB等多种类型的面内和垂直磁性隧道结，深入理解其自旋极化电子输运过程和基于spin-filter效应的尖晶石势垒隧道结的磁电性质等。开展基于尖晶石势垒的磁性隧道结的研究具有重要的意义，有利于构建新的更加干净的磁性隧道结结构，同时有利于提高材料性能，拓展其应用领域。通过该项目相关内容的磁性隧道结材料和原型器件物理研究，我们通过自主和合作研究，在SCI学术杂志上发表学术论文12篇，其中在Scientific Reports上发表1篇，Applied Physics Letters上发表3篇，在Journal of Applied Physics杂志上发表4篇；国际普通报告1人次，国内报告3人次；培养博士毕业生8名。