《單晶 Fe3O4 磁疇壁存儲器件中臨界電流密度的研究》是依託東南大學，由章文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單晶 Fe3O4 磁疇壁存儲器件中臨界電流密度的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：章文
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
為了克服傳統的磁場寫入技術的缺陷，自旋角動量轉移（STT）寫入技術近年來得到高度重視。利用STT效應，人們可以直接通過自旋極化電流來推動磁疇壁運動以達到信息的存儲，大大降低了功率的損耗。因此，電流驅動疇壁位移 (CIDWM) 也成為新一代高速率高密度存儲的重要方式之一。這類疇壁存儲器件以磁疇壁作為存儲單元，其性能一方面依賴於推動疇壁位移的臨界電流密度的大小。理論研究表明，材料的自旋極化率越高，越有利於臨界電流密度的降低。因此，在本項目中，我們將利用自身優勢，致力於具有高度自旋極化率的單晶 Fe3O4磁疇壁存儲器件中臨界電流密度的研究，從實驗角度來驗證理論並探索降低臨界電流密度的途徑；而利用我們的單晶Fe3O4薄膜所獨有的面內單軸磁各向異性來控制器件中的磁疇結構，也是本項目的另一個研究重點。期待我們的研究能夠為推動數據存儲技術從傳統的磁記錄向先進的自旋存儲邁進貢獻一份力量。
結題摘要
按項目的研究內容，採用分子束外延以及化學合成的生長方法，以磁性、鐵磁共振、X射線磁圓二色（XMCD）等為主要研究手段，對半金屬磁性氧化物Fe3O4為基的磁性氧化物納米材料（如薄膜、納米線、納米顆粒鏈等）的磁性改性進行了較為系統的研究：（1）將6 nm厚的外延Fe3O4 薄膜刻蝕成納米線，並發現納米線中的磁各向異性仍以單軸各向異性為主，而Fe3O4材料的本徵立方各向異性可被忽略。配合上Fe3O4的高自旋極化率，我們所生長的這種單晶Fe3O4 薄膜在降低磁疇壁存儲器件臨界電流密度的同時，也非常有利於簡單磁疇結構的形成，克服了一般Fe3O4薄膜中由於複雜的各向異性會導致複雜磁疇結構的問題。（2）在Fe3O4/GaAs(100)外延超薄膜中，我們發現 Gilbert阻尼可隨薄膜厚度的降低以及氧空位而增強，伴隨著單軸各向異性的增強。利用XMCD配合第一性原理計算, 我們發現這種界面效應可能是由於界面處Fe與Ga或As離子之間的結合鍵變形所致。（3） 利用同步輻射光電子譜研究了C60與外延Fe3O4(001)之間的弱雜合界面的電子配位結構，觀察到C60在磁性氧化物的不同離子態的吸附效應；C60給予的電子導致Fe3O4表面電荷的重新平衡，同時伴隨傳導性的增強，從而使鐵氧體的半金屬性得到有效保持。（4）在磁場輔助下成功的自組裝了一系列準一維鐵氧體顆粒鏈，並利用XMCD發現了鏈的陽離子分布隨著輔助磁場變化而變化的直接證據。這表明輔助磁場不僅誘導了一維鏈的形成，還改變了鐵氧體鏈的晶體化學結構。由於這些結構與磁性有著相當密切的關係，我們的工作對這種自組裝顆粒鏈的磁性調控有重要指導意義。此外，鈷、鋅等摻雜也被用來調節鏈以及高織構 ZnxFe3-xO4 薄膜的磁性以適應各種器件的要求。（5）採用將不同的稀土納米層插入 NiFe/Cu/FeCo自旋閥三層膜結構的方法，實現了對不同鐵磁層阻尼因子的調控。並利用 XMCD進一步研究了阻尼因子增強的原因。該結果為調控自旋閥三明治結構的磁化動力學提供了一個有效的方法，對於提高高頻自旋電子學器件尤其是雙自由層自旋振盪器的性能有重要意義。利用低濃度摻雜稀土的方法也可得到類似結果。
