有序合金薄膜中結構、磁性及輸運性質

《有序合金薄膜中結構、磁性及輸運性質》是依託同濟大學，由周仕明擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：有序合金薄膜中結構、磁性及輸運性質
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：周仕明
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

有序合金薄膜的磁性,電學性質,以及電子結構能夠在很大範圍內得到調控，在自旋電子學器件領域具有舉足輕重的地位。本項目將圍繞L1(0) XPdPt（X=Fe, Co, Ni及其合金）和高自旋極化率哈斯勒合金薄膜及其異質結構的微結構、磁性、磁輸運、以及自旋超快動力學性質開展研究。利用超高真空磁控濺射法製備高質量有序合金外延薄膜，研究工藝條件對微結構、磁性、電性等的影響。探討自旋軌道耦合強度和費米面附近態密度對反常霍爾效應、各向異性磁電阻效應、反常能斯特效應等磁輸運性質，磁性阻尼係數以及超快退磁等自旋超快動力學性質的調控機制。探索薄膜微結構等外在因素對磁輸運和自旋超快動力學性質的影響機制。揭示哈斯勒合金薄膜界面各向異性機制。獲得有序合金薄膜或者異質結，具備高自旋極化率、低磁性阻尼係數、垂直磁各向異性，以期為製備電流驅動磁化翻轉磁隨機存儲器以及自旋場效應管等自旋電子學器件提供理想材料。

結題摘要

本項目圍繞L1(0) XPdPt（X=Fe, Co, Ni及其合金）和高自旋極化率哈斯勒合金薄膜微結構、磁性、磁輸運、以及自旋超快動力學性質開展研究，取得了一些有積極意義的研究成果，具體表現在以下幾個方面。 (1) 前期工作表明，L1(0) FePdPt中反常霍爾效應服從傳統標度關係，其中skew散射項係數為a,與散射無關項係數為b。進一步研究表明，在三元無序合金中反常霍爾效應以及係數a和b隨Pd/Pt原子百分比變化而變化，呈現與有序合金相似的規律。總之，由於反常霍爾效應來源於自旋軌道耦合作用，因此無論有序合金還是無序合金，其反常霍爾效應都受自旋軌道耦合作用調控。同時，有序合金中係數a和b可以很好地用1/d的線性函式擬合，因而清楚說明存在體和表面/界面貢獻。有序合金薄膜中磁光克爾旋轉角峰位位置和峰值大小隨Pd/Pt成分比而連續移動，其中峰值大小的變化歸結為自旋軌道耦合強度變化，而峰位移動歸結為d軌道隨成分而變化。 (2)哈斯勒合金家族共有1500多種材料，它們具有很多新奇特性備受關注。圍繞哈斯勒合金薄膜材料製備和性能改善我們做出一些非常有意義的結果。(a)以MgO為襯底，利用界面 Co-O, Mg-O鍵作用，在Mn2CoAl哈斯勒合金薄膜中實現垂直各向異性。(b)利用Fe摻雜，在 CoTiSb外延薄膜中同時實現鐵磁性和半導體特性。這兩種哈斯勒合金薄膜可以套用於自旋轉移力矩和磁性隧道結等多種器件之中。 (3)對於CoNi和FeNi合金外延薄膜，利用成分變化實現費米面位置以及費米面附近態密度連續改變，從而實現磁晶各向異性，磁性阻尼係數和反常霍爾效應的連續可控。其中磁性阻尼係數和費米面附近態密度呈現相似的變化規律，從而證明磁性阻尼係數與費米面附近態密度密切相關，這對於磁性阻尼係數物理機制的理解有非常大的幫助，同時對於探索低磁性阻尼係數材料有指導意義。