界面摻雜對(duì)磁電阻的影響及Co-NiO-Cu-Co結(jié)構(gòu)中的異常磁光克爾效應(yīng)研究.pdf

1、巨磁電阻于1988年一經(jīng)發(fā)現(xiàn),就由于其巨大的應(yīng)用價(jià)值,立刻掀起了全球性的研究熱潮.目前巨磁電阻效應(yīng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)傳感器、計(jì)算機(jī)讀出磁頭、電路隔離器和磁電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器中,雖然巨磁電阻器件在這些應(yīng)用領(lǐng)域取得了巨大成功,但仍有一些研究空白亟待完善和加強(qiáng).現(xiàn)有研究表明:巨磁電阻主要是由傳導(dǎo)電子的自旋相關(guān)散射引起的,和材料的界面狀況密切有關(guān).改變材料的界面狀況來(lái)影響其磁電阻特性是一種重要的研究手段,這種方法目前已經(jīng)在界面摻雜純金屬和納

2、米氧化物層方面取得重要進(jìn)展,本文作為這方面的一個(gè)補(bǔ)充,首次嘗試在Cu/Co/Cu/Co/Cu和NiO/Co/Cu/Co/Cu結(jié)構(gòu)中,用納米氮化物層剪裁材料的界面狀況,獲得了一些新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果. (a) 納米氮化物界面摻雜對(duì)贗自旋閥Cu/Co/Cu/Co/Cu磁電阻的影響: 1) 當(dāng)在三明治Co/Cu/Co一個(gè)內(nèi)界面摻雜時(shí),由于納米氮化層界面摻雜改變了界面散射的自旋相關(guān)性質(zhì),使其與Co層體散射的自旋相關(guān)性相反,導(dǎo)致反常磁電阻

3、現(xiàn)象的出現(xiàn);當(dāng)在三明治Co/Cu/Co兩個(gè)內(nèi)界面同時(shí)摻雜時(shí),兩摻雜界面不同的微結(jié)構(gòu)造成了反常磁電阻現(xiàn)象.通過(guò)小角X射線反射研究了Co/Cu/Co兩內(nèi)界面在摻雜前的結(jié)構(gòu),表明以上兩不同界面摻雜微結(jié)構(gòu)確實(shí)不同. 2) 在三明治外界面摻雜時(shí),由于摻雜界面不是贗自旋閥 Cu/Co/Cu/Co/Cu的核心界面,所以,它只降低了正常磁電阻,而不能把正常磁電阻改變?yōu)榉闯４烹娮? 3) 用半經(jīng)典玻爾茲曼(Boltzmann)輸運(yùn)理論計(jì)算

4、了磁電阻與界面自旋相關(guān)散射的關(guān)系.研究表明:在三明治 Co/Cu/Co中,當(dāng)內(nèi)界面散射自旋相關(guān)性與Co層體散射的自旋相關(guān)性相反時(shí),確實(shí)能夠把正常磁電阻變?yōu)榉闯４烹娮?證明了反常磁電阻來(lái)源的解釋. (b)納米氮化物界面摻雜對(duì)交換偏置自旋閥NiO/Co/Cu/Co/Cu磁電阻的影響: 1)在三明治Co/Cu/Co與反鐵磁層NiO的界面NiO/Co摻雜時(shí),與原界面相比,納米氮化物減弱了界面鏡面反射,并且減小兩鐵磁層磁化強(qiáng)度方向

5、問(wèn)最大夾角,降低了磁電阻;在三明治Co/Cu/Co與保護(hù)層Cu的界面Co/Cu摻雜時(shí),與原界面相比,納米氮化物增強(qiáng)了界面鏡面反射,從而提高了磁電阻. 2)研究了摻雜樣品的磁電阻隨溫度的變化趨勢(shì).隨溫度降低,界面Co/Cu摻雜樣品的磁電阻迅速升高,溫度4.2K時(shí)的磁電阻是室溫時(shí)的26倍,遠(yuǎn)大于文獻(xiàn)中己報(bào)道的磁電阻隨溫度的變化率.并且在測(cè)量溫度77和4.2K時(shí),磁電阻曲線形狀完全不同于室溫測(cè)量時(shí)的雙峰結(jié)構(gòu),而與標(biāo)準(zhǔn)交換偏置自旋閥在低

6、場(chǎng)時(shí)的曲線形狀相同,表明釘扎作用隨溫度降低而迅速增強(qiáng),遠(yuǎn)大于一般情況下釘扎場(chǎng)隨溫度的變化情況.而界面NiO/C()摻雜樣品的磁電阻隨溫度降低升高較少,溫度4.2K時(shí)的磁電阻是室溫時(shí)的15倍,并且磁電阻曲線形狀隨溫度降低一直保持雙峰結(jié)構(gòu). 3)用小角x射線反射研究了摻雜樣品的摻雜界面的狀況. 擬合結(jié)果表明:摻雜納米氮化物的界面Co/Cu比摻雜納米氮化物的界面NiO/Co光滑,所以摻雜界面Co/Cu的鏡面反射率比摻雜界面Ni

7、O/Co的高,證明了以上關(guān)于兩摻雜界面不同鏡面反射率的推理.用原子力顯微鏡研究了兩摻雜樣品的表面形貌,證實(shí)了界面對(duì)磁電阻的影響強(qiáng)于表面. 在巨磁電阻結(jié)構(gòu)中,交換偏置自旋閥是應(yīng)用領(lǐng)域中最成功的例子,但是在交換偏置自旋閥中,交換偏置的問(wèn)題還有很多值得繼續(xù)研究,在研究交換偏置系統(tǒng)NiO/Co的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)了Co/NiO/Cu/Co/Cu結(jié)構(gòu)的異常磁光克爾現(xiàn)象: 1)通過(guò)分解異常磁光克爾曲線得到分別對(duì)應(yīng)于上、下兩層Co的磁光克爾