Fe1-xCox-MgO(001)結(jié)構(gòu)垂直磁各向異性的第一性原理研究.pdf

1、近年來(lái)，垂直磁隧道結(jié)由于在磁記錄、磁隨機(jī)存儲(chǔ)器、微波探測(cè)器以及磁敏傳感器等方面的廣闊應(yīng)用前景引起人們廣泛的關(guān)注。其中由單質(zhì)Fe或者FeCo基合金與單晶MgO(001)結(jié)合形成的垂直磁隧道結(jié)具有高隧穿磁電阻、高熱穩(wěn)定性、低臨界翻轉(zhuǎn)電流的優(yōu)點(diǎn)，是人們研究的重點(diǎn)。雖然大量的研究取得了豐碩的成果，但是橫亙?cè)贔eCo/MgO隧道結(jié)應(yīng)用之前的一個(gè)重要問(wèn)題是鐵磁層的垂直各向異性難以在較高厚度下保持，提高了材料制備工藝的難度。為此，本文擬研究Fe/Mg

2、O中垂直磁各向異性隨Fe厚度變化的內(nèi)在機(jī)制，通過(guò)優(yōu)化Fe、Co比例使FeCo/MgO在鐵磁層厚度增加時(shí)仍保持較強(qiáng)的垂直磁各向異性，主要內(nèi)容包括:
　　(1)利用VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)軟件研究了Fe/MgO結(jié)構(gòu)的垂直磁各向異性與Fe原子層數(shù)的關(guān)系。構(gòu)建了包含一至四層Fe原子的四個(gè)模型，發(fā)現(xiàn)隨著Fe原子層數(shù)的增加，鐵磁層的垂直磁各向異性急劇減弱，這與其他研究者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致

3、的。探討了Fe厚度變化時(shí)界面處Fe-O雜化和鐵磁層3d軌道的改變，以及各層Fe原子對(duì)垂直各向異性的貢獻(xiàn)，認(rèn)為垂直磁各向異性減弱的原因是界面Fe原子正作用的減弱以及內(nèi)層Fe原子負(fù)作用的增強(qiáng)，為調(diào)控Fe/MgO的垂直磁各向異性提供理論基礎(chǔ)。
　　(2)研究比較了Fe/MgO、Fe12Co4/MgO、Fe10Co6/MgO和Fe8Co8/MgO四種不同F(xiàn)e、Co比例結(jié)構(gòu)的垂直磁各向異性，發(fā)現(xiàn)隨著Co原子比例的增加，垂直磁各向異性能先增大

4、后減小，在Fe12Co4/MgO中達(dá)到最大值7.1meV，近乎是Fe/MgO的兩倍，而在Fe8Co8/MgO中變?yōu)樨?fù)值。借助二次微擾理論分析了四種結(jié)構(gòu)中界面處Fe、Co原子對(duì)垂直磁各向異性的貢獻(xiàn)，并通過(guò)差分電荷密度圖直觀地對(duì)比了Fe、Co原子3d軌道的變化。分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e12Co4/MgO中垂直磁各向異性的增強(qiáng)主要來(lái)源于界面Fe、Co原子3d軌道態(tài)密度在費(fèi)米能級(jí)附近的優(yōu)化組合，而在Fe10Co6/MgO中垂直磁各向異性的減弱主要來(lái)自于界