反鐵磁金屬的性能調控及其機理研究

《反鐵磁金屬的性能調控及其機理研究》是依託清華大學，由潘峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：反鐵磁金屬的性能調控及其機理研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：潘峰
• 項目類別：面上項目

項目摘要

隨著信息技術的發展，人們對自旋電子學器件的高密度、低能耗和讀寫速度等方面提出了更高的要求。反鐵磁金屬材料相對傳統的鐵磁材料而言，由於其沒有鐵磁殘餘場，對磁場熱擾動不敏感和理論預測的磁矩翻轉電流密度低等諸多優勢，在信息存儲領域具有巨大的套用潛力。如何有效進行反鐵磁磁矩的可控操作是反鐵磁器件走向實際套用的關鍵科學問題。本項目擬通過磁（磁場和鐵磁材料）、電場和電流等手段調控反鐵磁金屬薄膜的磁學行為和相關自旋電子學器件的磁電輸運性能，深入分析反鐵磁材料的基本性能與其自旋排列、電子結構之間的關係，掌握磁、電場和電流作用下反鐵磁材料及相關器件性能的變化規律，並揭示調控機制；突破利用電場和電流調控反鐵磁自旋結構的關鍵技術，發展出低能耗、高調控效率的電控反鐵磁器件。

結題摘要

隨著信息技術的發展，人們對自旋電子學器件的高密度、低能耗和讀寫速度等方面提出了更高的要求。反鐵磁金屬材料相對傳統的鐵磁材料而言，由於其沒有鐵磁殘餘場，對磁場熱擾動不敏感和理論預測的磁矩翻轉電流密度低等諸多優勢，在信息存儲領域具有巨大的套用潛力。如何有效進行反鐵磁磁矩的可控操作是反鐵磁器件走向實際套用的關鍵科學問題。本項目通過磁（磁場和鐵磁材料）、電場和電流等手段調控反鐵磁金屬薄膜的磁學行為和相關自旋電子學器件的磁電輸運性能，分析了反鐵磁材料的基本性能與其自旋排列、電子結構之間的關係，採用離子液體作為門電極以及採用鐵電氧化物作為基片進行反鐵磁金屬的電場調控，通過結構設計，製備了一系列基於FeRh相轉變的隧道結器件，實現了磁和電場對於反鐵磁金屬的性能調控以及相應的室溫隧道磁電阻，闡明了磁、電場和電流作用下反鐵磁材料及相關器件性能的變化規律，揭示了反鐵磁材料結構與性能調控機制；利用電流產生的自旋力矩對於反鐵磁磁矩的翻轉，獲得了的室溫自旋霍爾磁電阻，詮釋了基片、應變對於反鐵磁電流翻轉行為的影響規律，闡明了應變調控反鐵磁磁各向異性在磁矩翻轉中起到的關鍵因素，掌握了在抗阻尼自旋力矩作用下反鐵磁磁結構的轉變規律。發展出數個低能耗、高調控效率的電控反鐵磁原理型器件。項目執行期間已發表標註本項目編號的SCI 學術論文49篇，包括Nature Materials 1 篇、Nature Communications 1 篇、Physical Review Letters 1 篇、Progress in Materials Science 1 篇、Advanced Materials 1篇、Advanced Functional Materials 2 篇。在國際會議作學術報告9次，其中邀請報告5次。授權國家發明專利1項。項目負責人獲得2018年何梁何利科學技術進步獎。