磁性多层膜磁性以及磁阻的研究

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1、扬州大学硕士学位论文磁性多层膜的磁性以及磁阻研究姓名：钱丽洁申请学位级别：硕士专业：凝聚态物理指导教师：胡经国20100501钱flg；g：白旋阀结构的磁性以及磁阻研究中文摘要自1988年，M．N．Baibich等人在Fe／Cr多层膜中发现了巨磁电阻(GMR)效应以来，磁性多层膜尤其是自旋阀结构由二f具有灵敏度高、能耗低、体积小、可靠性高、温度特性好、工作频率高、耐恶劣环境能力强以及易与数字电路匹配等优点，已经被广泛地应用到磁传感器件、磁读写、磁随机存储器及无接触磁控元件等技术领域中。因此，无论是理论还是实验，对磁性多层膜，尤其是自

2、旋阀结构的研究已经引起了科学研究者的高度关注与兴趣，并成为凝聚念物理学与材料物理学的i订沿课题之一。本文利用能量最小原理，讨论了铁磁／非磁／铁磁以及铁磁／非磁／铁磁／反铁磁系统中力致磁电阻效应以及利用第一性原理计算了四个不同界面磁结构下，C03／Cu2／C03／Ni07自旋阀结构的电子结构性质。第二章介绍了工作所采用的理论模型以及理论数值计算方法。首先介绍了多层膜磁电阻的唯象理论一双电流模型，接着介绍了密度泛函理论(DF，r)的基础知识，包括Hohenberg—Kohn定理、Kohn—Sham方程和局域密度近似以及最近局域密度近似的

3、发展；然后着重介绍了我们采用的基于DFT的全势线性缀加平面波方法(FLAPW)。首先介绍了LAPW基函数的构造，Muffin—tin势以及可以更快收敛的APW+10方法。最后还介绍了此方法的适用范围。在第三章中，通过研究外应力场下铁磁多层膜系统中的自旋结构，讨论了系统磁电阻对外应力的依赖关系。结果表明，外应力能够诱发磁电阻效应，且其磁·乜阻紧密依赖于外应力的大小和方向。一般地，大小一定的外应力由磁易轴向磁难轴旋转的过程中，磁电阻先缓慢增大后急剧减小，在磁难轴附近变化较敏锐，并出现一峰值。外应力方向一定时，磁电阻随应力的增大先敏锐增强

4、后缓慢减小，且应力方向偏离磁易轴越远，变化趋势越显著。。在第三章的基础上，第四章用相同的方法研究了自旋阀结构的力致磁阻效应。结果表明，铁磁膜中的磁化性质与膜面内所加应力场的大小，方向密切相关，而反铁磁层的嵌入将明显地改变着铁磁层的磁矩向应力场方向磁化的行为。特别地，在2扬州人学硕j}：学位论文一J’’。。。一。应力场方向垂直于铁磁易轴情况下，当应力场H。=掣时，将发生磁化从易轴方向到应力方向的突变。为此，可采用自旋阀结构，通过其膜面内的应力场米调节磁化行为，进而实现力学调控的磁电阻效应。第血章利用线性缀加平面波(LAPW)以及广义梯

5、度近似(GGA)的方法，研究了四个不同界面构型下，C03／Cu2／C03／Ni07自旋阀的磁性质和电子结构，并通过原子力的计算，得到了系统的最优化结构。结果表明，除了Ni4和Col之间的垂直距离增大外，自旋阀结构的体积受到了明显的压缩。真空层的加入，使得表面层C06与C05成键减弱，但磁矩增大至1．86,uB。相邻铁磁层中磁化方向的反平行排列，增强了Co／Cu界面处Co的自旋相关散射。与此相反，Col和Ni4的AFM性祸合，并没有对界面处的Co层产生影响。自旋反对称系数口可以用来表征自旋相关散射，对其的分析和理论结果一致。关键词：磁

6、电阻，多层膜，自旋阀结构，应力场，第一性原理，线性缀加平面波(LAPW)，自旋相关散射。钱丽洁：自旋阀结构的磁性以及磁阻研究3一AbstractSince1988，thegiantmagnetoresistance(GMR)wasfirstobservedinFe／GrmultilayersbyM．N．Baibichelal,attentionhasbeenfocusedonthemagneticmultilayersespeciallythespin—valvestructure，duetothehigh、sensitivity,

7、lowdissipation，smallvolume，hi曲reliability,sensitivetotemperature,highfrequencyandmatchwellwiththedigitalcircuit，andhavebeenwidelyappliedtothemaQmetic-sensor,magneticrandom—accessmemoryandeta1．Thus，thetheoreticalandexperimentalstudyofthemagneticmultilayersisofgreatimpor

8、tance．Inthisarticle，amethodoffreeenergyminimizationwasusedtostudythemagnetoresistanceeffectofmagneticmulti!ayersandsp