磁性隧道結中隧道磁電阻效應（TMR）的研究.pdf

1、作為同時具有廣泛的實際用途與理論研究價值的電子輸運性質，長期以來一直是科學研究的熱點。隨著科技的不斷進步，電子器件的尺寸被不斷的縮小，所以對電子輸運性質的研究也逐漸進入了介觀領域。自從磁性多層膜和顆粒膜系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻(GMR)效應和在磁性隧道結中發(fā)現(xiàn)隧道磁電阻(TMR)效應以來，由于它們具有潛在的應用價值和豐富的物理內容，自旋極化的電子輸運已經成為當前凝聚態(tài)領域中的熱門課題之一。本文就磁性隧道結中的隧道電阻效應作了一些研究。

2、 在前兩章中，我們首先簡要介紹了磁性隧道結系統(tǒng)的研究意義和概況，隨后分別就自旋極化和隧穿現(xiàn)象等方面對隧道磁電阻效應的相關機制作了簡要的概括，分析了Julliere模型和Slonczewski模型兩種常見的理論解釋以及隧道哈密頓方法和量子力學的隧穿方法，并對兩種理論方法作出了比較。 本文主要是采用散射方法，就鐵磁/半導體/鐵磁和鐵磁/半金屬/鐵磁兩種磁性隧道結中的自旋極化輸運和隧道磁電阻效應等做了一些理論上的研究。主要內容如下：

3、 在第三章中，我們考慮半導體中的Rashba自旋軌道耦合作用，運用量子力學的方法從理論上研究了一個二維鐵磁半導體雙隧道結中的自旋極化輸運問題?？梢园l(fā)現(xiàn)透射系數(shù)表現(xiàn)出典型的共振隧穿特性，并且自旋軌道耦合的強度對自旋向上和向下的電子的透射系數(shù)以及隧道磁阻(TMR)都有很大的影響。我們發(fā)現(xiàn)T<,P↑↑>竹隨K<,R>/K<,O>和α的變化幾乎沒有振蕩，與z的取值無關，但T<,AP↑↓(↑↓)>和T<,p↓↓>卻有振蕩行為。此外，隨SM

4、層厚度口的增加，T<,p↓↓>和T<,AP↑↓(↓↑)>的振蕩更為迅速，峰也越來越尖銳，并且峰與峰的間隔也逐漸變窄。更重要的是，隨自旋軌道耦合的增加，TMR有明顯的增大，這對磁性計數(shù)器和存儲器的設計和制作是十分有利的。 在第四章中，我們將半金屬磁性材料應用到鐵磁隧道結中，運用散射方法，即量子力學的隧穿方法從理論上討論一個鐵磁/半金屬/鐵磁隧道結中的隧穿共振和TMR等問題。結果表明：當我們選定半金屬材料自旋向上子能帶呈現(xiàn)金屬性，自

5、旋向上和自旋向下的電子的隧穿系數(shù)都表現(xiàn)出共振隧穿特性，隨半金屬中自旋向上和向下的劈裂能差的增加，T<,P↓↓>和T<,AP>振蕩逐漸加快，峰與峰的間隔逐漸變窄，但T<,P↑↑>竹幾乎不受到半金屬中劈裂能差變化的影響，仍然保持原有的振蕩周期。此外，半金屬層中的劈裂能的差值對該隧道結的TMR和電導的相對差△G/G有很大影響，兩者都隨半金屬中自旋向上和自旋向下的劈裂能差值的增大而有明顯的增大?？梢?，半金屬材料對提高隧道結的磁電阻是十分有利的，