资源描述：
《磁多层金属系统的界面反射效应》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、磁多层金属系统的界面反射效应2\{),,雌叶狙遴融琶滴电咀第48卷第11期199j年11月物理Ⅷ48.№.11,November,1999④—等耪鬻菰一,磁多层金属系统的界面反射效应'q.董正超(谁阴师范学茬石趸泵:两日223001)(1998年11月12日收到)考虑到磁多层金属系统中的粗糙界面散射效应,运用量子统计的格林函数方法和久保理论,计算磁多层金属系统的单粒子传播格林函数和电导率.所得结果依稹于电子在界面处的反射波幅和空间尺寸,并能展示巨磁电阻的主要实验特征.PACC:7210;7215G;7570近年来,随着各类纳米材料和纳米结构器件制备技术的迅速发展,促使人们对纳米材料以及由
2、这些材料组成的多层金属结构物理性质的研究产生了浓厚兴趣,其中磁多层结构中巨磁电阻效应的研究已成为目前很活跃的研究课题之一.在多层结构的纳米材料中,由于包含大量的界面原子,其界面效应对系统性质将起至关重要的作用,因此在研究这类多层结构纳米材料的电子输运性质时,必须考虑界面散射效应.研究多层结构电子输运的理论模型主要有准经典的玻耳兹曼输运方程近似[1--4]和量子统计的线性响应计算'5--8].两种理论模型尽管都考虑到界面散射效应,但处理都过于简单.在经典理论中,大都是唯象地引入界面的透射系数,而量子理论,为了避免复杂计算,也仅考虑电子在界面处的透射,而忽略反射.事实上,界面处是存在反射的,电
3、子在各界面处的反射渡,会导致波函数的干涉效应,而这种干涉效应又可能进一步引发量子振荡效应和量子尺寸效应,因此讨论界面散射必须考虑界面的反射效应.本文将运用量子统计理论集中讨论多层金属结构中的界面散射效应,从理论上推出电子在粗糙界面的反射波幅和透射波幅,并讨论这些物理量对电子传播函数及其对金属电导率的影响.2理论模型对一个F√Cr/Fe磁三明治结构系统,两边的铁磁层厚度设为n,中间的非磁层厚度设为b,如图1所示.为了简化问题讨论,认为n相对于b很大,此时可不考虑两铁磁层的两表面散射.电子在该系统中受到的散射哈密顿量可写为H=Ho+H,+HI,(1)'江苏省自拣科学基金(批准号:Jw99014
4、1)资助的课题式中Ho为自由电子的哈密顿量,H.对应杂质散射哈密顿量,H.对应界面散射哈密顿量,其具体形式为【'..]H0=P./2m,(2)H,=∑Ud(r—R.),(3)Hl=∑v正(r1)d(z—zz),(4)式中P为电子的动量,m为电子的有效质量,u为杂质散射势强度,V.,V:分别为处于z=0和z=b的界面散射势强度,^('11),f2('IJ)分别对应两粗糙界面的无规起伏.R.为第a个杂质的坐标,,0为沿y-z平面方向的坐标矢量.两种不同化学势金属形成的界面系统具有拉平了的费密能,但能带底有一个二者化学势之差的台阶(1)式的哈密顿量投有计及这一台阶势差,适合于台阶势差远小于费密能
5、的情形,该近似已广泛用于两种金属薄膜交替排列的磁多层结构的电导率计算【1"].由(2)式的暗密顿量可求出未受微扰的自由电子的能谱,波函数和格林函数,分别为E=(^^+^:)/2m,(5)p.ij:j玎jegp(it11'r¨)exp(ikz'z)(6)Go(11,^z)=<Il,^zI^GIt¨,^:>.;;i:ii'ij!丽,(7)式中tI为沿P:平面方向的渡矢值,k.为沿z方向的渡矢值由于我们考虑的是低温下电子的输运,所以在(7)式中已把电子能量取定为费密能eF=^}/2m(&=1).由杂质散射的微扰哈密顿量(3)式,运用戴逊方程,并通过对杂质的无规分布取平均,可得
6、杂质散射的正规自能.一般情形下,自能项包含实部与虚部,为了计算方便,可把自能中的实部归并到重新定义的能级参考面中,而自能虚部为【8.l_一Irr磊=.F/(kFA),(8)三,为杂质散射自能,^为杂质散射的平均自由程.于是含有杂质散射的单电子传播格林函数将变为Gi㈦¨t卜面可考而i.悬,(9)式中k=({.+ik√^)1/z.(10){=(^}一^5)1/2.(11)把(9)式为动量表象中的格林函数转换到混合的布洛赫一瓦尼尔表象为G,(kll,X,x")=詈J二竺吐等吾≯dt=景e印mI.一.'1].(12)如再进一步考虑粗糙界面散射.如(4)式,由戴逊方程,可确定有界面散射时电子传播格林
7、函数为2ll8物理48卷G(kII,,)=G(七l,,)+llG(七II,,1)三I(k¨,1,2)G(七II,2,z)dx1dx2,(13)式中三I为界面散射的正规自能-SI,)到V(一qII一(_G(zJ)l(14)通过对界面粗糙的无规分布取平均,进一步得-St(11,z,)=一i3(z)∑Q(—),(15)I一1.2而Q=一Im』<If,I.>V2G(q11*XtpX1).(16)在推导(15)式时得到
