基于ITO的铁磁体/半导体复合结构的自旋相关输运

氧化物半导体ITO由于其良好的导电性和透光性而广泛应用于微电子和光电子领域,同时铁磁体/半导体复合结构的研究是自旋电子学里十分重要的内容，而基于ITO的铁磁体/半导体复合结构的自旋相关输运特性的研究却未见报道，研究基于ITO的铁磁体/半导体复合结构的自旋相关输运对微电子学、自旋电子学和光电子学的相互融合有重要的意义。最近我们在Fe/ITO多层膜中观察到6.7%巨磁电阻效应[JMMM 300,2185(2008)]。本项目旨在探索基于ITO的铁磁体/半导体复合结构[例如(Fe、Co、Fe3O4)/ITO多层膜和自旋阀等]的结构设计和制备工艺及性能表征；研究这些结构中的表面与界面结构、自旋相关输运特性(包括巨磁电阻效应、自旋霍尔效应等)和磁特性及它们的相互关系；探讨温度、铁磁材料和ITO及它们的厚度对自旋相关输运特性和磁特性的影响；探索利用光照射对这些结构的自旋相关输运特性和磁特性进行调控。

本项目的研究内容属于自旋电子学领域。铁磁体/半导体复合结构的研究是自旋电子学里十分重要的内容，而基于ITO的铁磁体/半导体复合结构的自旋相关输运特性的研究在之前却未见报道，氧化物半导体ITO由于其良好的导电性和透光性而广泛应用于微电子和光电子领域, 研究基于ITO的铁磁体/半导体复合结构的自旋相关输运对微电子学、自旋电子学和光电子学的相互融合有重要的意义。自旋转移矩效应和巨磁电阻效应被认为是自旋电子学发展过程中最重要的两个发现。从自旋转移矩效应的应用角度看，实现105 A/ cm2量级以下的室温临界电流密度一直是国际上追求的目标，多年来，国际上报道的自旋阀和磁隧道结两种结构中自旋转移矩效应室温临界电流密度一直处于106 A/cm2量级，成为自旋转移矩效应的应用瓶颈。本项目利用一种新结构NiFe/ITO颗粒膜来实现自旋转移矩效应，成功实现了室温下临界电流密度低至5.8×103 A/ cm2的自旋转矩效应，我们的研究为降低自旋转移矩室温临界电流密度以及自旋转移矩效应的应用提出了一个新方案。另外，我们在Co/ITO多层膜和Fe/ITO多层膜中实现了巨磁电阻效应，研究了该效应的温度相关性。 同时，我们观察到Fe/ITO颗粒膜的电阻和巨磁电阻反常的温度依赖关系。还观察到NiFe/ITO颗粒膜中正常磁电阻效应（正磁电阻效应）和低温下NiFe颗粒间的隧穿磁电阻效应（负磁电阻效应）的相互竞争效应；还观察到Fe/ITO多层膜的磁性、电阻和巨磁电阻与光照射有相关性。圆满完成了本项目。