《磁性隧道結中電場調控磁化翻轉的微磁學模擬研究》是依託復旦大學，由張宗芝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁性隧道結中電場調控磁化翻轉的微磁學模擬研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張宗芝
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
垂直磁化磁性隧道結是下一代磁性隨機存儲器（MRAM）的核心記錄單元結構，研究其電場（又稱電壓）調控的磁化翻轉機制對於研發高密度、低能耗的MRAM至關重要。與前幾年研究較多的自旋轉移力矩效應相比，新近發現的通過電場調控垂直磁各向異性而實現磁化翻轉的技術為磁存儲技術提供了一種新型操控途徑。然而有關電場驅動磁化翻轉模式的物理機理及其特性等基礎性研究才剛剛起步，亟待深入探討。本課題擬採用微磁學方法，發展電場驅動磁化翻轉的微磁學模型，研究電場驅動的熱激勵和磁矩進動兩種不同模式下磁化翻轉的機制、特性和規律，探討降低能耗的有效方法和途徑，理論預測最佳化的磁性隧道結結構。該研究將為掌控電場調控磁動力學的深層物理機理和發展新型電場驅動的MRAM奠定理論基礎。
結題摘要
針對高性能MRAM存儲器和納米微波振盪器的套用需求，本項目從材料結構、器件設計和物理機制等方面開展了系統深入的研究分析，旨在掌握電場及電流作用下磁動力學行為特性的物理圖像和變化規律，以實現對磁性隧道結自由層磁化狀態的有效調控。所取得的代表性結果如下：（1）建立了磁性隧道結中電場調控磁化翻轉的微磁模型，揭示了磁化翻轉與電壓及電流的脈衝強度和寬度的關聯問題，獲得了確定性磁翻轉的相圖和降低能耗的有效方法。（2）微磁模擬和理論推導相結合，闡明了納米柱結構中電流誘導磁矩進動的動力學行為，理論提出了可實現納米微波振盪器陣列之間同步進動的鎖相技術。通過合適設計電場和電流的脈衝寬度和幅度，實現了磁矩進動位置的精準控制以及電流對頻率大小的乾淨無暫態調控。（3）研究了重金屬/鐵磁結構中基於自旋軌道矩效應的電流驅動磁化翻轉，揭示了材料結構、電流熱效應、電場調控磁各向異性等對磁矩翻轉的影響規律和內在物理機制，實現了無磁場輔助的電流驅動確定性翻轉。（4）成功製備了具有不同垂直各向異性強度和界面交換耦合強度的單層及複合薄膜樣品，闡明了影響阻尼係數的本徵和外部因素，掌握了調控進動頻率和阻尼係數的有效方法。（5）通過控制製備工藝條件，獲得了兼具強垂直各向異性、低阻尼係數和合適厚度的CoFeAlO薄膜，而且實現了具有結構有序和磁有序半金屬Co2FeSi赫斯勒合金的可控生長。這些研究結果對研發高性能的自旋電子學器件具有重要的參考價值。在該項目資助下，共發表了25篇SCI論文(其中本人為通訊作者的有21篇)，含Phys. Rev. Applied 2篇，ACS Appl. Mater. Interfaces 1篇，Phys. Rev. B 2篇，Appl. Phys. Lett.3篇，申請國家發明專利2項。培養博士研究生4名，碩士研究生2名。
