界面摻雜對磁電阻的影響及Co-NiO-Cu-Co結構中的異常磁光克爾效應研究.pdf

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

2、米氧化物層方面取得重要進展,本文作為這方面的一個補充,首次嘗試在Cu/Co/Cu/Co/Cu和NiO/Co/Cu/Co/Cu結構中,用納米氮化物層剪裁材料的界面狀況,獲得了一些新的實驗結果. (a) 納米氮化物界面摻雜對贗自旋閥Cu/Co/Cu/Co/Cu磁電阻的影響: 1) 當在三明治Co/Cu/Co一個內界面摻雜時,由于納米氮化層界面摻雜改變了界面散射的自旋相關性質,使其與Co層體散射的自旋相關性相反,導致反常磁電阻

3、現象的出現;當在三明治Co/Cu/Co兩個內界面同時摻雜時,兩摻雜界面不同的微結構造成了反常磁電阻現象.通過小角X射線反射研究了Co/Cu/Co兩內界面在摻雜前的結構,表明以上兩不同界面摻雜微結構確實不同. 2) 在三明治外界面摻雜時,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) 用半經典玻爾茲曼(Boltzmann)輸運理論計算

4、了磁電阻與界面自旋相關散射的關系.研究表明:在三明治 Co/Cu/Co中,當內界面散射自旋相關性與Co層體散射的自旋相關性相反時,確實能夠把正常磁電阻變?yōu)榉闯４烹娮?證明了反常磁電阻來源的解釋. (b)納米氮化物界面摻雜對交換偏置自旋閥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,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度方向

5、問最大夾角,降低了磁電阻;在三明治Co/Cu/Co與保護層Cu的界面Co/Cu摻雜時,與原界面相比,納米氮化物增強了界面鏡面反射,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.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時的磁電阻是室溫時的26倍,遠大于文獻中己報道的磁電阻隨溫度的變化率.并且在測量溫度77和4.2K時,磁電阻曲線形狀完全不同于室溫測量時的雙峰結構,而與標準交換偏置自旋閥在低

6、場時的曲線形狀相同,表明釘扎作用隨溫度降低而迅速增強,遠大于一般情況下釘扎場隨溫度的變化情況.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時的磁電阻是室溫時的15倍,并且磁電阻曲線形狀隨溫度降低一直保持雙峰結構. 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,證實了界面對磁電阻的影響強于表面. 在巨磁電阻結構中,交換偏置自旋閥是應用領域中最成功的例子,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的過程中,發(fā)現了Co/NiO/Cu/Co/Cu結構的異常磁光克爾現象: 1)通過分解異常磁光克爾曲線得到分別對應于上、下兩層Co的磁光克爾