颜老师课件自旋电子学2014.ppt

创新点2---Fe/Mn/Fe 楔形膜中任意角度的层间耦合。我们就以Fe/Mn/Fe三层膜为例，当时研究人员发现两个磁性层的磁矩可以平行排列，叫做铁磁耦合，可以反平行排列，叫做反铁磁耦合、还可以垂直排列，叫做垂直耦合。 那么有没有其他角度的排列方式呢？ 我们用分子束外延制备了高质量的楔形Fe/Mn/Fe 三层膜，我们发现两Fe层的磁矩可以铁磁耦合，也可以反铁磁耦合，也可以垂直耦合。除此之外，还有任意角度的层间耦合，如图所示。右图给出了从铁磁耦合向任意角度耦合过渡的磁畴证据。 从理论的角度看， 任意角度层间耦合的发现，是继反铁磁耦合和垂直耦合之后的重要发现，进一步证实和丰富了层间耦合的理论。从材料的角度看，Fe/Mn/Fe三层膜可以作为新型的人造磁结构材料，这种材料中两磁性层磁矩夹角设定为任意角度，从而将磁化方向钉扎在器件需要的任意方向。如磁电阻器件需要反铁磁耦合，我们就可以控制Mn 层厚度，得到反铁磁耦合；而霍尔器件需要垂直耦合，我们也可控制Mn 层厚度，得到垂直耦合。 Ge0.95Mn0.05/Ge 二极管的I-V 曲线，其中Ge0.95Mn0.05 为P 型磁性半导体，Ge bcc（001）衬底分别为 (a) n-Ge, (b) p-Ge, (c)近本征半导体i-Ge. 图 (c) 磁场可大幅度调控p-Ge0.95Mn0.05/i-Ge 二极管的整流特性，表现为巨大的正磁电阻效应。而图(a)和（b) 只有整流特性，没有磁电阻效应。 图 （d）, 在+2V 偏压下, p-Ge0.95Mn0.05/i-Ge 二极管的正磁电阻在居里温度225K附近显示最大值700%, 在室温仍高达440%。而无磁场结电阻随温度升高迅速下降。 (e) 在磁场下的DOS示意图。正磁电阻主要由塞曼劈裂引起。 总之，我们用分子束外延制备了具有强垂直各向异性的Ge1-xMnx单晶铁磁半导体以及 Ge1-xMnx/Ge 单晶二极管;发现二极管的整流特性可用磁场大幅度调控，表现为巨大的正磁电阻效应。 谢谢各位专家！谢谢基金委! 我们邀请了12位国际著名教授，参加我们的自旋电子物理、材料与器件国际合作项目，也就是高等学校学科创新引智计划。其中Peter Grunberg 教授是2007年的诺贝尔物理学奖获得者。 高低阻态的室温磁电阻与磁滞回线 可用电场调控磁电阻！ 得到了4个电阻态！ TMR ~15% 高阻态 CPP-GMR ~2.5% 低阻态 高低阻态的低温磁电阻与磁滞回线 电场调控的交换偏置场： HRS: HE ~ 670 Oe LRS: HE ~ 160 Oe TMR = 2P1P2/(1-P1P2)=68% P1=35%, P2 =72% 增强的磁电阻及其机理： Band structure ? ~ similar to Fe/MgO/Fe 2. Coulomb blockade effect ? Tunneling of non-s electrons ? Co d ~ 80% Co/CoO-ZnO/Co 异质结的阻变机理 纯 CoO 良好反铁磁绝缘体, 纯Co 良好的铁磁金属 ZnO1-v 的电阻远小于 CoO1-x 在电场作用下，氧离子（或氧空位）在ZnO1-v与 CoO1-x 之间迁移，使 CoO1-v 发生金属--绝缘体转变。 Scientific Reports 4 (2014) 3835 Co/CoO/Co 异质结的第一原理计算 CoO 绝缘体 Co/CoO 界面 金属 自旋极化P=73% CoO1-v 金属 V=0.25 (a)高磁化强度 600 emu/cm3 居里温度高于室温 Appl. Phys. Lett. 4 (2004) 2376 Appl. Phys. Lett. 89 (2006) 042501 2. 浓磁半导体材料 ---高磁化强度、大磁电阻、大克尔角 (c)大克尔角！ 0.72度 (b)大磁电阻 -35% Zn0.2Co0.8O ： P=36% Ti0.24Co0.76O2 ：P=22% JPCM 18 (2006) 10469 JAP 100 (2006) 103901 自旋依赖的变程跃迁 自旋极化率 交换作用 Ti0.24Co0.76O2 Zn1-xCoxO浓磁半导体性能 高磁化强度，600 emu/cm3 高居里温度，高于室温 高自旋极化率，36% 我们首次给出包含二阶磁光效应的公式 ： 3. 新的实验测量原理与发现 ---利用二阶磁光效应测量磁化矢量 磁光效应的实验设置 二阶磁光效应！ 易轴、磁场、磁化强度的位形 3. 新的实验