MgO/铁磁金属界面的同步辐射X射线反射和掠入射研究

当磁隧道结采用MgO做为势垒层、CoFeB作为铁磁电极层时，可以获得百分之几百以上的隧穿磁电阻效应，是近年来磁隧道结的热点研究方向之一，此类MgO磁隧道结可以采用磁控溅射的方法来制备，但需要较高的后退火温度。本项目根据申请者多年在磁隧道结的研究积累，从摸索MgO最佳的磁控溅射方法出发，着重于MgO与铁磁（FM）电极层如CoFeB的界面结构的控制，紧紧围绕同步辐射X射线反射和掠入射的独特测量手段，研究不同溅射工艺及退火工艺条件下MgO/FM的界面结构及退火导致的界面晶化行为，系统地总结出MgO势垒层两侧不同铁磁层相邻时的界面特性，据此优化溅射及退火等工艺条件制备出高质量的MgO/FM界面。本项目的研究为制备高质量的MgO势垒层，优化MgO磁隧道结的磁控溅射工艺提供依据。

隧道结是重要的磁电子材料之一，在项目开展时，国际上2010年底新发现了CoFeB/MgO界面在一定条件下可以使得CoFeB形成垂直磁化膜，由此可见，本项目所要研究的CoFeB/MgO界面不仅对于MgO隧道结，而且对于新型的垂直隧道结来说都是关键性的问题。本项目采用同步辐射X光反射，尤其是在国际上首次采用了极化中子反射这一能同时研究界面结构及膜层磁性的谱仪设备对CoFeB/MgO界面进行了深入研究，研究发现CoFeB/MgO的磁性特征与具体的薄膜制备工艺密切相关，即MgO势垒层两侧的铁磁层的磁性并不相同，从而导致了在CoFeB呈现垂直时，其垂直磁化特性的差别更明显。项目开展过程中，我们还结合反常Hall效应、第一性原理计算等研究手段在国内率先开展了CoFeB/MgO垂直磁化的机理研究，研究表明，退火工艺，膜层结构都会对样品的界面磁性产生影响，由此，我们建立了一个CoFeB/MgO垂直磁各向异性可调的新模型，从而可以实现了对CoFeB/MgO界面磁各向异性的调控。因此，本项目的研究达到了通过利用大科学装置的谱仪对CoFeB/MgO界面开展深入研究的预期目标，为制备高质量的CoFeB/MgO/CoFeB/Ta (垂直)磁隧道结提供了物理机制依据。. 项目执行按申请时的研究计划顺利开展。项目执行期间，申请国家发明专利2项；已发表SCI论文7篇，其中APL和Sci Rep各1篇；另外，Chinese Physics B已接受综述文章1篇，其它正在审稿的3篇。参加国际磁学会议2次，分别在第56届MMM会议做口头报告1次，第12届MMM/Intermag联合会议做口头报告2次，国内磁学会议邀请报告3次。