垂直磁各向異性器件中的自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)模擬研究.pdf

1、隨著對(duì)自旋電子特性的深入研究，自旋電子學(xué)展示出極其廣泛的應(yīng)用前景，成為近年來凝聚態(tài)物理的研究熱點(diǎn)之一。自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)在1996年的理論預(yù)言與2000年的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，是繼巨磁電阻效應(yīng)之后，自旋電子學(xué)領(lǐng)域的又一重大發(fā)現(xiàn)。它提供了一種僅靠電流就可翻轉(zhuǎn)鐵磁薄膜磁矩方向的有效操縱，有望為磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)提供一套簡(jiǎn)單可靠的數(shù)據(jù)寫入方案。本論文將圍繞著具有垂直磁各向異性的自旋閥和隧道結(jié)中的自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)進(jìn)行研究，主要內(nèi)容包括：第一，我們研究了

2、3×3 MRAM陣列中由垂直磁化自旋閥作為記錄單元時(shí)，單元間的相互作用對(duì)磁化矢量翻轉(zhuǎn)的影響問題；第二，我們研究了隧道結(jié)中垂直自旋轉(zhuǎn)移矩在自由層磁化矢量翻轉(zhuǎn)過程中的機(jī)制和動(dòng)力學(xué)行為特性。論文組織如下：
　　第一章簡(jiǎn)單介紹了巨磁電阻效應(yīng)和白旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)，以及它們?cè)贛RAM中的應(yīng)用機(jī)理。第二章描述了本文所采用的微磁模擬方法。
　　第三章，我們研究了由垂直各向異性自旋閥構(gòu)成的MRAM中，各記錄單元之間的相互作用效應(yīng)對(duì)自旋轉(zhuǎn)移矩誘導(dǎo)的

3、磁矩翻轉(zhuǎn)的影響問題。單元間的交互作用主要有散磁場(chǎng)和共振兩方面作用.我們研究發(fā)現(xiàn)，在高密度MRAM中這種交互作用的影響不可忽視，與單個(gè)孤立單元相比，所需要的翻轉(zhuǎn)電流發(fā)生明顯改變。不同于面內(nèi)磁各向異性材料，在垂直磁各向異性自旋閥陣列中，單元間的散磁場(chǎng)明顯影響著臨界翻轉(zhuǎn)電流密度的大小，相比而言單元間的共振作用比較弱。模擬顯示，在自由層磁矩翻轉(zhuǎn)過程中伴隨著布洛赫(Bloch)疇壁的生成和移動(dòng)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。
　　第四章，我們研究了磁性隧

4、道結(jié)中垂直自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)誘導(dǎo)的磁化翻轉(zhuǎn)特性。不同于自旋閥，在隧道結(jié)中自旋轉(zhuǎn)移矩的垂直項(xiàng)效應(yīng)在磁化翻轉(zhuǎn)中卻起著很重要的作用。我們微磁模擬了自旋轉(zhuǎn)移矩在有或無垂直項(xiàng)兩種情況下的磁矩翻轉(zhuǎn)。我們發(fā)現(xiàn)，垂直自旋轉(zhuǎn)移矩的功效與電流流向相關(guān)，在負(fù)電流時(shí)垂直轉(zhuǎn)矩項(xiàng)作用明顯大于正電流情況；在相同負(fù)電流時(shí)，有垂直項(xiàng)時(shí)比沒有垂直項(xiàng)時(shí)的磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間快；隨著電壓的增大，垂直項(xiàng)作用增強(qiáng)。這些微磁模擬結(jié)果可以在一定程度上依據(jù)非平衡界面交換耦合理論得以解釋。