垂直磁性隧道结中磁性电极材料的第一性原理计算研究

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1、分类号：O482.52单位代码：10183研究生学号：2015321017密级：公开垂直磁性隧道结中磁吉林大学性电极博士学位论文材料的第一垂直磁性隧道结中磁性电极材料的第一性原理计算研究性原Firstprinciplesstudyofmagneticelectrodematerialsin理计perpenticularmagnetictunneljunctions算研究作者姓名：杨百顺专业：凝聚态物理杨百研究方向：磁学与磁性材料顺指导教师：闫羽教授培养单位：吉林大学物理学院吉林大2018年5月学垂直磁性隧道结中磁性电极材料的第一性原理计算研究Firstpri

2、nciplesstudyofmagneticelectrodematerialsinperpendicularmagnetictunneljunctions作者姓名：杨百顺专业名称：凝聚态物理研究方向：磁学与磁性材料指导教师：闫羽教授学位类别：理学博士培养单位：吉林大学物理学院论文答辩日期：2018年5月29日授予学位日期：年月日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职称工作单位姓名职称工作单位盲审专家正高级南京大学主席武志坚研究员中科院长春应化所盲审专家正高级中南大学委员刘雷研究员中科院长春光机所盲审专家正高级兰州大学姚斌教授吉林大学郑以松教授吉林大学张建忠教授

3、吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作

4、者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士□√博士学科专业：凝聚态物理论文题目：垂直磁性隧道结中磁性电极材料的第一性原理计算研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：长春市前进大街269

5、9号（130012）作者联系电话：18600914513摘要垂直磁性隧道结中磁性电极材料的第一性原理计算研究磁性隧道结是自旋电子学领域的一种核心元件，为了满足下一代磁性随机存储器低电流密度翻转、高热稳定性和高密度非易失性存储的的要求，新型的垂直磁性隧道结为其发展提供了可能。近几年，对垂直磁性隧道结的研究逐渐增多，但对垂直磁各向异性机理的研究仍需加强。此外，在垂直磁性隧道结中隧穿磁电阻效应一般都比较小，提升垂直磁性隧道结的磁电阻效应也是人们关心的另一个问题。本论文通过第一性原理计算的方法研究不同异质结构的磁各向异性以及垂直磁性隧道结的磁电阻效应，主要的研究成果

6、如下：1.对于Co/Graphene和Co/BN异质结构，研究发现它们的垂直磁各向异性与单纯的Co薄膜相比分别会提升47.9%和下降19.9%。通过对不同层的磁各向异性分析，发现界面以及表面的Co原子对Co/Graphene和Co/BN异质结构磁各向异性提供了最主要贡献。进一步地，我们探讨了应力对两种异质结构磁各向异性的影响，结果显示压力达到-2%后，磁各向异性会有一个跳变。产生的原因是此时Co与Graphene(BN)之间的距离增大到~4Å，Co与Graphene(BN)之间没有较强的成键作用，而是仅仅通过范德华力相连接，所以异质结构的磁各向异性与Co薄膜

7、的磁各向异性几乎相同。更加重要的是，我们发现5%的拉应力可以将Co/Graphene和Co/BN的垂直磁各向异性分别提高48.5%和80.8%。通过二阶微扰理论结合磁各向异性的原子分解和轨道分解以及态密度的分析，发现应力条件下异质结构磁各向异性的增加主要来源是表面Co层(,dd)xyxy22矩阵元的贡献。这些结论证实了在轻元素组成的异质结构中也可以获得比较强的垂直磁各向异性，而且应力是一种增加异质结构垂直磁各向异性的有效手段。2.对体相的Mn3X(X=Ga，Ge)的研究结果显示，其磁各向异性主要来源于Mn-Mn面上的Mn原子。对轨道分解的磁各向异性的分析发

8、现几乎所有Mn原子d轨道的矩阵元对各向异性都提供了正