納米多層中的巨磁電阻效應(yīng)

1、納米多層中的巨磁電阻效應(yīng)納米多層中的巨磁電阻效應(yīng)撰稿賴武彥(物理研究所)一、研究背景1986年德國科學(xué)家Grunberg小組有一重要的發(fā)現(xiàn)，就是在FeCrFe三層膜中觀察到兩個鐵層之間通過鉻層產(chǎn)生耦合。1988年法國科學(xué)家Fert小組在[FeCr]週期性多層膜中，觀察到當施加外磁場時，其電阻下降，變化率高達50％。因此稱之為巨磁電阻效應(yīng)(giantmagesistanceGMR)。1995年，人們以絕緣層Al2O3代替導(dǎo)體Cr，觀察到很

2、大的隧道磁電阻(tunnelingmagesistanceTMR)現(xiàn)象。基於GMR和TMR的發(fā)現(xiàn)，一個新的學(xué)科分支——磁電子學(xué)的概念被提出了。從那時起，科技人員一直堅持不懈地努力，將上述創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為信息技術(shù)(infmationtechnologyIT)產(chǎn)業(yè)化。1999年以GMR多層膜為磁頭的硬碟驅(qū)動器(harddiskdriverHDD)進入市場，其存儲密度達到11Gbitsin2，而1990年僅為0.1Gbitsin2，10年中提

3、高了100倍。目前GMR的研究開發(fā)工作正方興未艾，而將上述隧道磁電阻(TMR)多層膜應(yīng)用於新型隨機記憶體(MRAM)的研究又已經(jīng)展開。在FeCrFe系統(tǒng)中，相鄰鐵層間存在著耦合，它隨鉻層厚度的增加而呈正負交替的振盪衰減形式。使得相鄰鐵層磁矩從彼此反平行取向到平行取向交替變化。外磁場也可使多層膜中鐵磁層的反平行磁化狀態(tài)發(fā)生變化。當通以電且隨Mo層增厚而振盪(見圖1)。其振盪週期約為1.1nm。獨立進行的能帶理論計算也給出這個結(jié)果。圖1磁電

4、阻隨Mo層厚度振盪（室溫和4.2K）。多層膜結(jié)構(gòu)是[Fe(1.0nm)Mo(tMo)]30。30是週期數(shù)，tMo從0.9到4.6nm變化2新現(xiàn)象和新途徑目前，實用多層膜是所謂的自旋閥，它由“鐵磁非磁／鐵磁反鐵磁”四層組成。我們在“鐵磁／反鐵磁”系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象，即交換各向異性同樣可以在反鐵磁層的奈爾溫度遠大于鐵磁層的居裏溫度的“鐵磁／反鐵”體系中建立起來。其交換各向異性和矯頑力的溫度關(guān)係完全不同於以往體系(見圖2)。這一結(jié)果對完整理