《鐵電壘磁性隧道結中的非對稱界面效應》是依託蘇州科技大學，由吳銀忠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鐵電壘磁性隧道結中的非對稱界面效應
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳銀忠
- 依託單位：蘇州科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
非對稱界面是鐵電壘磁性隧道結製備過程中不可避免的，並會對隧道結的輸運性質產生重要影響。本課題採用基於密度泛函理論的第一性原理方法，研究不對稱界面的形成機制以及它對實驗條件的依賴(如基底應力、製備氧壓、沉積厚度), 系統分析非對稱界面對鐵電壘磁性隧道結界面電子結構、磁結構、磁電耦合的影響。同時通過計算鐵電壘的本徵雙勢阱，考察非對稱界面對鐵電壘臨界厚度和自發極化的影響。進一步利用第一性原理計算得到的參數，結合熱力學唯像理論和量子隧穿理論研究非對稱界面對隧道結電荷輸運和自旋輸運性質的影響。更進一步通過在隧道結界面處插入過渡磁性金屬氧化層，系統探究如何增強界面磁電耦合，尋找在鐵電壘中獲得高自發極化、增強鐵電壘磁性隧道結電致電阻效應和磁致電阻效應的有效途徑。為實驗製備高性能多態存儲器和高性能自旋電子器件提供設計方案和理論依據。
結題摘要
套用朗道唯像理論和量子隧穿理論以及第一性原理計算方法, 對鐵電隧道結中的界面效應, 特別是非對稱界面對隧道結隧穿電阻、伏安特性以及界面對勢壘極化影響進行了深入研究。主要工作和成果如下：(1)考慮隧道結中一個界面極化是可隨外場反轉, 另一個界面極化被釘扎, 這種界面非對稱效應可以產生電致電阻效應。相對於極化可以翻轉界面而言, 電致電阻效應對釘扎界面的極化大小變化不敏感。當釘扎的界面極化指向中間鐵電勢壘時可以增強器件的電致電阻效應, 降低界面的介電常數可以提高電致電阻效應。可翻轉界面和釘扎界面對器件電致電阻效應影響不一樣。(2)以SRO/BTO/Pt隧道結研究了不對稱電極隧道結P-E回線和J-V特性，將鐵電壘的非均勻極化、界面極化以及電極的禁止電荷耦合起來，發現界面效應會導致電滯回線漂移，進而進一步導致隧道結J-V曲線正負矯頑場不對稱，闡述了這些現象的物理起源。(3)研究了Pt/STO/BTO/Pt複合勢壘隧道結中介電-鐵電界面對隧道結TER效應影響，介電層與鐵電層之間的界面總是有利於TER效應。特別是當介電-鐵電界面極化指向勢壘，極化越大，介電常數越小越有利於電致電阻效應增強。(4)在LNO-BTO超晶格中，考慮了兩種不同界面(LaO-TiO2和NiO2 –BaO)。研究得到，對於LaO-TiO2對稱界面，薄膜的臨界尺寸為6.5層，而對於NiO2-BaO界面臨界尺寸為4.5層。由於界面(LaO)+和(NiO２)-層的極性不連續，導致BTO界面處分別出現電子摻雜和空穴摻雜，從而抑制或增強鐵電薄膜自發極化。(5)以SRO/BTO/SRO隧道結為例，在電極和勢壘處對稱插入極性原子層，發現當插入(AlO2)-，僅勢壘一側出現空穴摻雜，並有效禁止鐵電極化，勢壘極化比無原子插層時強。當在界面處插入(LaO)+，勢壘兩側均出現電子摻雜，且壘的平均極化降低，這說明異質中界面電子摻雜與空穴摻雜效應與BTO體材料中摻雜效應不同。 我們的研究為高性能鐵電隧道結器件設計提供理論指導。特別是利用界面來調控並增強材料的鐵電性以及納米鐵電器件性能提供了有效途徑，有重要的學術價值。
