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1、鐵氧體材料,如半金屬Fe3O4材料和自旋過濾NiFe2O4、CoFe2O4、γ-Fe2O3材料等具有居里溫度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn),近年來在自旋電子學(xué)研究領(lǐng)域備受關(guān)注。我們用多對(duì)靶磁控濺射系統(tǒng)制備了多晶、外延Fe3O4薄膜,外延γ-Fe2O3薄膜和外延Fe3O4/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)分析了樣品的結(jié)構(gòu)以及磁學(xué)和電輸運(yùn)性質(zhì)。
通過對(duì)在不同溫度下、不同基底上制備的外延尖晶石Fe3O4和γ-Fe2O3薄膜的研究,發(fā)現(xiàn)選擇晶格失配度小的
2、單晶基底、降低沉積速率以及提高基底溫度可以更容易實(shí)現(xiàn)Fe3O4和γ-Fe2O3薄膜的外延生長(zhǎng)。晶粒邊界處的反鐵磁耦合強(qiáng)度決定了多品和外延Fe3O4薄膜的磁性和磁輸運(yùn)特性。外延Fe3O4薄膜的蝴蝶狀雙峰磁電阻與薄膜中反鐵磁耦合的反相邊界密切相關(guān),低場(chǎng)磁電阻的峰值位置與磁滯回線的矯頑力相對(duì)應(yīng),高場(chǎng)磁電阻隨磁場(chǎng)呈線性變化。這是遠(yuǎn)離反相邊界的磁矩先轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向、高場(chǎng)下靠近邊界的磁矩緩慢趨向于外磁場(chǎng)方向以達(dá)到能量最低狀態(tài)所導(dǎo)致的。反應(yīng)濺射法制備
3、的不同厚度的外延γ-Fe2O3薄膜的磁化強(qiáng)度基本保持了塊體的飽和磁化強(qiáng)度值(~390 emu/cm3),矯頑力隨著厚度的增大而增大。
我們?cè)谕庋覨e3O4薄膜中觀察到了用傳統(tǒng)兩重軸對(duì)稱的各向異性磁電阻理論無法解釋的四重軸對(duì)稱的各向異性磁電阻。我們認(rèn)為,隨磁場(chǎng)增大而增大的四重軸對(duì)稱的各向異性磁電阻與薄膜的磁晶各向異性和本征生長(zhǎng)缺陷反相邊界密切相關(guān)。低場(chǎng)時(shí),散射主要由遠(yuǎn)離邊界的磁矩產(chǎn)生,當(dāng)磁場(chǎng)在薄膜表面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí),遠(yuǎn)離邊界的磁矩
4、始終都與外磁場(chǎng)同向,感受不到磁晶各向異性的影響,表現(xiàn)為傳統(tǒng)的兩重軸對(duì)稱的各向異性磁電阻;在高場(chǎng)下,散射主要來自反相邊界附近的磁矩,磁晶各向異性場(chǎng)輔助外磁場(chǎng)進(jìn)一步一致排列邊界附近的磁矩,輸運(yùn)的極化子感受到正弦變化的散射幾率,從而得到了高場(chǎng)下的四重軸對(duì)稱的各向異性磁電阻。
Fe3O4(111)/ZnO(0001)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的電子輸運(yùn)在T<30 K下為熱離子擴(kuò)散和發(fā)射機(jī)制。在30 K時(shí),F(xiàn)e3O4/ZnO異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有0.51 e
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