磁性顆粒薄膜和稀磁半導體材料的自旋相關輸運性能的研究.pdf

1、通過對與電子自旋特性相關的巨磁電阻效應和稀磁半導體材料的研究，推動了自旋電子學這門新興學科的發(fā)展。巨磁電阻效應在磁性傳感器、磁記錄讀出磁頭、磁性隨機存儲器等領域擁有巨大的應用前景，是本領域的研究熱點之一；稀磁半導體材料作為未來實用化自旋電子學器件的重要材料，將為自旋電子學器件的大規(guī)模實用化創(chuàng)造條件。 本論文采用磁控濺射的方法制備了非晶Cr-TiO<,2>、多晶Cr-ZnO稀磁半導體材料和多晶Fe-TiO<,2>磁性金屬一絕緣體顆

2、粒薄膜材料，對其結構、成份及自旋相關的電磁輸運性能進行了系統(tǒng)的研究。旨在揭示巨磁電阻效應和室溫鐵磁性的微觀物理機制，尋找具有更高室溫磁電阻的顆粒膜材料和更高鐵磁轉變溫度的稀磁半導體材料。 通過對非晶Cr-TiO<,2>稀磁半導體材料的研究，發(fā)現(xiàn)制備態(tài)的樣品都具有室溫鐵磁性，x=0.05的Cr<,x>Ti<,1-x>O<,2>樣品，340K時飽和磁矩為3.21×10<'-1>μB/Cr，居里溫度高于390K，可以排除第二相或金屬顆

3、粒團簇對系統(tǒng)鐵磁性的影響，證實系統(tǒng)鐵磁性為內稟鐵磁性。500℃空氣退火后，樣品由非晶態(tài)轉變成多晶態(tài)，系統(tǒng)的鐵磁性也隨之消失，表明結構缺陷的存在有利于系統(tǒng)的鐵磁有序性，光學測量結果證實了上述結論。電學特性顯示鐵磁性和介電狀態(tài)可以共存于非晶Cr-TiO<,2>稀磁半導體材料中。 與非晶態(tài)Cr-TiO<,2>稀磁半導體類似，多晶Cr-ZnO稀磁半導體材料也顯示出室溫以上的鐵磁性，340K下，x=0.011樣品的飽和磁化強度為0.65μ

4、B/Cr，隨著Cr摻雜量的增加，樣品的飽和磁化強度降低。該系統(tǒng)的居里溫度高于400K，鐵磁性來源于過渡金屬對母體的替代而產生的內稟鐵磁性，排除了外在的磁性顆粒團簇的影響?？諝馔嘶鸷螅到y(tǒng)的鐵磁性隨著晶化程度的提高而減弱，表明結構缺陷對系統(tǒng)鐵磁性的影響也存在于多晶態(tài)Cr-znO薄膜中。另外，電性的測量結果證實了多晶Cr-ZnO薄膜樣品中鐵磁性和介電特性共存。 通過對多晶Fe-TiO<,2>磁性金屬一絕緣體顆粒膜系統(tǒng)輸運特性的研究，

5、發(fā)現(xiàn)了顆粒薄膜系統(tǒng)中磁性顆粒之間的反鐵磁耦合現(xiàn)象，并研究了這種耦合作用對薄膜電阻率、磁電阻、霍爾電阻及磁性能的影響。發(fā)現(xiàn)金屬體積比低于60％的Fe-TiO<,2>薄膜樣品在180K溫度下的電阻率來源于隧穿導電機制，當溫度低于100K時，磁電阻隨溫度降低出現(xiàn)大幅增加現(xiàn)象。對于金屬體積比為46％的Fe-TiO<,2>薄膜樣品，室溫時的磁電阻為-7.6％，3K時的磁電阻增加到-29.3％，磁電阻的大幅增加來源于金屬顆粒之間的反鐵磁性相互作用。