《垂直磁各向異性CoFeB-MgO相關薄膜結構的阻尼調控》是依託南京理工大學，由徐鋒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：垂直磁各向異性CoFeB-MgO相關薄膜結構的阻尼調控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐鋒
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CoFeB-MgO界面Fe-3d和O-2p軌道雜化產生的垂直磁各向異性，推動了磁隧道結等相關薄膜結構的研究，其套用的主要挑戰在於阻尼調控。然而，CoFeB-MgO相關薄膜結構中，阻尼來源機制還不明確，本徵Gilbert阻尼與垂直磁各向異性可能存在的關聯尚未釐清，缺乏有效的阻尼調控手段。對此，本項目以降低本徵Gilbert阻尼為目標，通過磁場、頻率、角度、溫度以及薄膜結構參數等調製阻尼，分析其變化規律，揭示阻尼的來源機制與貢獻；研究CoFeB層及CoFeB-MgO、CoFeB-Ta界面的微觀狀態對阻尼及垂直磁各向異性的影響規律，通過成分調控、界面插層、熱處理最佳化等方式降低本徵Gilbert阻尼；在此基礎上，釐清本徵Gilbert阻尼和垂直磁各向異性之間的關聯。本項目對垂直磁各向異性CoFeB-MgO相關薄膜結構在自旋電子學單元和器件中的套用具有重要意義。
結題摘要
本項目以磁隧道結等自旋電子學單元與器件套用為背景，針對其存在的缺乏有效阻尼調控手段和與磁各向異性之間的關聯尚未釐清等問題，圍繞CoFeB-MgO等薄膜界面垂直磁各向異性、阻尼特性、自旋波激發、自旋霍爾效應等，開展了系統研究，取得如下結果：在MgO/CoFeB/Ta薄膜中，研究了薄膜厚度對垂直磁各向異性和“死層”的影響規律，實現了顯著的垂直磁各向異性，分析了阻尼機制和貢獻，在垂直方向得到0.016的較低本徵Gilbert阻尼值。利用稀土基強自旋耦合材料Cu1-xTbx對CoFeB自旋霍爾效應進行了有效調製，發現隨著Tb含量的增加，顯著的自旋泵浦效應帶來更大的有效磁阻尼，自旋散射從斜散射機制轉為邊跳機制，自旋霍爾角增大，自旋擴散長度因Tb的散射而減小。在CoFeMnSi薄膜中得到0.0019的超低阻尼值，驗證了其自旋零能隙半導體特徵。利用柔性襯底在(FeCo/IrMn)3/Ta多層薄膜沉積過程中施加應變，將交換偏置場從20 Oe提高到200 Oe，鐵磁共振分析將其歸因於應變導致的雙重磁各向異性之間非共線角度的變化。在Co2FeSi薄膜中引入非均勻分布的磁各向異性場，利用超快雷射激發出包括偶極和交換模式在內的多種自旋波模式，同時影響了自旋軌道耦合作用，實現了阻尼因子大幅度可調。此外，基於四元等比Heusler合金中新型自旋零能隙半導體的設計，實現了費米能級附近的高線性色散關係，極大提升了電子的遷移率。在MnMX六角合金中實現了自旋重取向和磁晶各向異性的同步調控，獲得了極低臨界磁場的雙拓撲型磁斯格明子，通過粉末中子衍射確定了其非共線的傾角磁結構，建立了微觀磁結構與斯格明子磁疇的關聯。通過三維連續轉角，在二維層狀鐵磁性材料Fe3GeTe2中報導了磁場沿著面內的新奇拓撲霍爾效應，證實了其中可能存在的斯格明子拓撲磁疇。綜上，本項目圍繞CoFeB-MgO等相關薄膜結構，開展了阻尼機制、磁各向異性及其有效的調控手段方面的研究，分析了實驗規律，揭示了來源機制和相互關聯，實現了低阻尼與高磁各向異性，對於自旋電子學單元的設計和器件套用具有重要意義。
