巨磁电阻GMR是自旋电子学产生的基石ppt课件.ppt

《巨磁电阻GMR是自旋电子学产生的基石ppt课件.ppt》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、巨磁电阻和自旋电子学詹文山中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室2007.12.2007年诺贝尔物理学奖PeterGrünberg---克鲁伯格1939年5月18日出生。从1959年到1963年，克鲁伯格在法兰克福约翰-沃尔夫冈-歌德大学学习物理，1962年获得中级文凭，1969年在德国达姆施塔特技术大学获得博士学位。1988年，他在尤利西研究中心研究并发现巨磁电阻效应；1992年被任命为科隆大学兼任教授；2004年在研究中心工作32年后退休，但仍在继续工作。他1994年获美国物理学会颁发的新材料国际奖(Fer

2、t、Parkin共同获得)；1998年获由德国总统颁发的德国未来奖；2007年获沃尔夫基金奖物理奖(与Fert共同获得)。AlbertFert---费尔1938年3月7日出。1962年在巴黎高等师范学院获数学和物理硕士学位。1970年从巴黎第十一大学获物理学博士学位，前在该校任物理学教授。他从1970年到1995年一直在巴黎第十一大学固体物理实验室工作。后任研究小组组长。1988年，他发现巨磁电阻效应，随后对自旋电子学作出过许多杰出贡献。1994年获美国物理学会颁发的新材料国际奖，1995年至今则担任国家科学研

3、究中心-Thales集团联合物理小组科学主管,1997年获欧洲物理协会颁发的欧洲物理学大奖，以及2003年获法国国家科学研究中心金奖。一、序言二、巨磁电阻GMR三、隧道磁电阻TMR五、物理所MRAM研究进展四、硬盘存储器--垂直磁存储技术自旋自旋一、序言电子电荷自旋在半导体材料中有电子和空穴两种载流子极化电子有自旋向上和向下的两种载流子电子M低温下电子弹性散射的平均时间间隔10-13秒，平均自由程10nm。非弹性散射的平均时间间隔10-11秒，相位干涉长度1m。极化电子自旋保持原有极化方向的平均间隔时间10-

4、9秒，自旋扩散长度100m。室温下自旋扩散长度钴铁FeNi金银铜铝自旋向上↑5.5nm1.5nm4.6nm自旋向下↓0.6nm2.1nm0.6nm1-10m电子的自旋通常只有在磁性原子附近通过交换作用或者通过自旋-轨道耦合与杂质原子或者缺陷发生相互作用被退极化。A.电子的输运性质自旋极化电子的特性lsdB.电子自旋极化度当电子通过铁磁金属时，电子由简并态，变成向上(+1/2)和向下(-1/2)的非简并态，极化度表示为自旋极化度实验结果：材料NiCoFeNi80Fe20Co50Fe50Co84Fe16自旋极化

5、度(％)334544485149N↑和N↓分别表示在费密面自旋向上和向下的电子数。3d4sP=45%P=100%自旋极化电子的特性铁磁体磁化方向典型的两种效应：巨磁电阻GMR和隧道磁电阻TMR非磁金属Cu-GMR绝缘体Al2O3-TMR量子隧道效应示意图铁磁体铁磁体中间层绝缘层势垒Rp=平行耦合时的电阻Rap=反平行耦合时的电阻1986在Fe/Cr/Fe纳米磁性多层膜发现反铁磁层间耦合效应二、巨磁电阻GMR是自旋电子学产生的基石1986年P.GrünbergFe/Cr/Fe三明治结构中Cr适当厚度产生反铁磁耦

6、合Unguris.etal.Phys.Rev.Lett.67(1991)140FeFeCr∼1nm反铁磁耦合与振荡效应的实验证明FeFeCr彼得·格林贝格尔↑↑↑↑↑↑↑↓↑↓↑↓饱和磁场随Cr层厚度变化的振荡关系铁磁耦合反铁磁耦合1988年Baibich,A.Fert等发现(Fe/Cr)多层膜的巨磁电阻效应金属多层膜的巨磁电阻反铁磁耦合(H=0)Phys.Rev.Lett.61(1988)2472Fe/CrCo/Cu阿尔贝·费尔A.FertG.Binasch,P.Grünberg,etal.,PRB39(19

7、89)4828.(Fe/Cr)n的R/R0磁电阻随周期数n的增加而增大Parkin.etal.Phys.Rev.Lett.64(1990)2304∆R/R(％)随Cr厚度变化的振荡关系↑↑↑↑↑↑↑↓↑↓↑↓饱和磁场随Cr层厚度变化的振荡关系↑↓↑↓1990年Parkinetal多层膜的交换耦合振荡效应和巨磁电阻效应1020304051015Crthickness(Å)SaturationField(kOe)饱和磁场随Cr层厚度变化的振荡关系磁控溅射法(Co/Cu多层膜)磁化强度平行，RP电阻小磁化强度反平行，

8、RAP电阻大RPRPRPRPRAPRAPRAPRAP二流体模型自旋电子极化方向平行磁化强度方向-平均自由程长自旋电子极化方向反平行磁化强度方向-平均自由程短巨磁电阻GMRCuCoGMR自旋阀SV1990年Shinjo两种不同矫顽力铁磁层的自旋阀结构1991年Dieny用反铁磁层钉扎一层铁磁层的自旋阀结构J.Appl.Phys.69(1991)4774Si/150ÅNiFe/26ÅCu/