《鈣鈦礦錳氧化物中磁疇壁運動的可控調控及其SPM研究》是依託北京師範大學，由熊昌民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦錳氧化物中磁疇壁運動的可控調控及其SPM研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：熊昌民
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磁疇壁運動的電流或電場調控具有豐富的物理內涵，在新型存儲器、邏輯器方面具有廣闊的套用前景，是近年來自旋電子學領域的熱點之一。目前磁疇壁的調控研究主要集中磁性金屬當中，並且一般利用自旋極化電流調控，然而其需要的電流密度較高，由此引起的發熱效應限制了此類器件性能的提高。鈣鈦礦錳氧化物由於其具有龐磁電阻效應等豐富的物理性質而引起了科學家們的廣泛關注。本課題計畫研究各種手段對錳氧化物中磁疇壁運動的調控規律。由於掃描探針顯微鏡（SPM）是納米尺度下探測與操控材料表面結構與性質的有力工具，本課題將重點研究在SPM針尖上加電流或電壓對錳氧化物中磁疇壁運動的調控及其機制。此外，還將研究微波、應變、樣品微結構的幾何特徵對磁疇壁運動的影響規律。由於錳氧化物的強關聯電子特性以及SPM在納米領域的獨特技術優勢，本課題的研究將對磁動力學機制的理解以及多功能、小尺寸的自旋電子學器件的研發有重要意義。
結題摘要
隨著信息技術的發展，人類社會即將步入後摩爾時代。為此，人們迫切需要發展新一代的數據處理器以替代傳統的（電荷相關）矽基電子器件。其中，基於（自旋相關的）磁疇壁調控的磁疇壁存儲器或邏輯器因其可能具有的高速度、高容量等優點受到人們的廣泛關注。目前磁疇壁的調控研究主要集中磁性金屬當中，並且一般利用自旋極化電流調控，然而其需要的電流密度較高（閾值高達1011 A/m2），由此引起的發熱效應限制了此類器件性能的提高。在本項目中，我們提出了一種基於SPM針尖的自旋電容器模型來實現單個鐵磁性錳氧化物磁疇壁的調控方法，該原理性器件從上到下依次為磁性SPM針尖、鐵磁性La0.67Sr0.33MnO3 （LSMO）薄膜、LaAlO3 (LAO)介電層及導電電極層。我們的實驗結果表明在極低的0.1V的交流電壓下就能在上述針尖與LSMO間實現自旋轉矩交換作用，從而導致LSMO中磁疇壁的運動。據此估計出的自旋極化電流密度的下限為～108 A/m2。我們還採用Landau-Lifshitz-Gilbert方法模擬了上述針尖調控磁疇壁的動力學過程。根據這些結果，我們提出了一種了基於錳氧化物磁疇可控調控的存儲器及磁疇壁調控方法，並獲得國家發明專利授權。本工作是首次在強關聯的磁性錳氧化物體系中觀察到了自旋極化電流對其磁疇壁運動的調控，並且驅動磁疇壁運動的臨界電流密度小於其它磁性金屬材料中的數值。此外，我們還提出了一種利用斜切襯底的對稱性破缺來調控LSMO薄膜中磁疇壁運動方向的方法，其具體的實驗表明：在斜切的 LAO上的LSMO膜中的磁疇壁運動方向傾向於平行斜切LAO的斜切方向。根據這一結果，我們提出了一種具有抗磁場干擾性能的磁疇壁存儲器裝置，並磁疇壁也已獲得國家發明專利授權。總之，本項目所提出的基於SPM針尖的自旋電容器模型為低能耗、高性能的納米自旋結構的調控提供了一個全新的實驗方案。 在國家自然科學基金資助下，我們還分別對基於錳氧化物的pn型異質結、LaAlO3/SrTiO3界面和GaN納米線等體系的光電導效應進行了研究，並發現了一些有趣的光電導現象，例如電流和磁場可調的光電導現象以及場控增強的持續光電導現象等，這些結果都在我們已發表的論文中示出。
