MgO(001)单晶势垒磁性隧道结的制备及其自旋相关器件的原理研究

本项目以单晶或准单晶MgO(001)势垒磁性隧道结为研究对象，包括(1)采用分子束外延方法、结合插入Co、Cr超薄膜和反铁磁IrMn层钉扎来制备铁磁层在外磁场下可以各自翻转的单晶双势垒磁性隧道结（电极和势垒均为单晶外延（001）取向的薄膜，典型结构为FM1/MgO/FM2/MgO/FM3）和（2）采用磁控溅射方法、结合人工反铁磁钉扎上、下铁磁层来制备电极为非晶、高自旋极化率CoFeB薄膜、在外磁场下磁性层可以各自翻转的非晶双势垒磁性隧道结（势垒仍然为MgO(001)单晶或准单晶）。研究双势垒隧道结的磁电阻效应及其在自旋电子学器件（如磁敏传感器、自旋晶体管）的应用原理；研究自旋极化电子在隧穿和输运过程中的自旋注入、自旋输运，以及界面效应在上述过程中的作用，重点解决双势垒磁性隧道结在自旋相关器件应用中的材料物理问题；探索和验证双势垒磁性隧道结中理论预言存在的共振隧穿和磁电阻振荡效应。

在国家自然科学基金委面上项目：MgO（001）单晶势垒磁性隧道结的制备及其自旋相关器件的原理研究（批准号：50972163，执行时间：2010年1月—2012年12月）的资助下，项目负责人及其研究团队在过去的三年中共发表综述性论文2篇、学术论文13篇、提交中国发明专利2项；其中美国物理化学杂志C卷（J. Phys. Chem. C）1篇、美国物理评论B卷（Phys. Rev. B）3篇、美国应用物理快报（Appl. Phys. Lett.）3篇。项目按计划书内容有序开展，在成功地以分子束外延设备制备出单晶外延Fe/MgO/Fe磁性隧道结和以磁控溅射方法制备出多晶CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结的基础上，研究其磁电阻效应及其在自旋电子学器件中的应用原理；研究自旋极化电子在隧穿和输运过程中的自旋注入、自旋输运，重点研究了界面结构在自旋相关输运过程中得重要作用，解决了磁性隧道结在自旋相关器件应用中得一些材料和物理问题。