铁磁半导体异质结器件中的基本物理特性研究

我们计划研究铁磁半导体异质结微纳器件中的自旋轨道耦合相互作用，并利用自旋轨道耦合作用及自旋矩转移来控制器件的铁磁特性，并研究相关物理机理。我们利用微加工工艺制备出不同结构的电流平行于平面内的铁磁半导体异质结器件，通过变温电磁输运实验的研究，获得铁磁半导体层的自旋轨道耦合强度以及层间的相互作用大小，然后利用自旋轨道耦合来调控器件的铁磁特性。通过制备出电流垂直于样品平面的铁磁半导体异质结微纳器件，研究器件中自旋矩转移对器件的铁磁特性的控制，以及伴随而来的自旋相关输运特性。基于铁磁半导体异质结器件的研究不仅在基础物理领域有重要意义，而且自旋电子学领域具有很大的潜在应用前景，我们有必要加强对铁磁半导体异质结电子器件的关键问题进行进一步研究，希望国家自然科学基金委对此项目给与支持。

磁性薄膜和异质结的磁学特性研究及其调控是进一步研究自旋电子学信息器件的基础，也是当前研究的热点和重点。在本项目的资助过程中，我们研究了超薄GaMnAs器件的磁各向异性随温度的变化，立方各向异性和单轴各向异性都随温度的升高而降低，并发现低温退火对增强单轴各向异性而降低立方磁化各向异性。在此基础上我们研究了GaMnAs/AlGaMnAs异质结的层间铁磁耦合相互作用，并且研究了随温度变化的铁磁耦合在退火前后的变化。研究了应变调制Fe薄膜及CoFeB薄膜的磁各向异性变化。发现在应变调制下，Fe薄膜的磁化翻转可以从一步翻转转变为两步翻转；而CoFeB在应变调制下，可以实现难轴和易轴之间的转换,而且应变诱导的单轴磁各向异性能随应变线性变化。发现在Ta/CoFeB/MgO/Ta异质结中的CoFeB/MgO界面引人少量的Fe可以有效地调制异质结的磁各向异性。