《Fe-MgO顆粒膜低的室溫自旋轉移矩臨界電流密度》是依託西南大學，由陳鵬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Fe-MgO顆粒膜低的室溫自旋轉移矩臨界電流密度
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳鵬
- 依託單位：西南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
降低自旋轉移矩效應（STT）的室溫臨界電流密度是該效應實用化的一個關鍵，國際上STT的研究都集中在自旋閥和磁隧道結兩種薄膜結構中，報導的STT室溫臨界電流密度處於兆安每平方厘米量級（有一個例外，但需額外加電場協助），限制了它的套用。我們前期工作在Fe-MgO顆粒膜中觀察到室溫臨界電流密度低至4.2千安每平方厘米的自旋轉移矩效應。本項目旨在前期工作基礎上利用改變生長條件、退火和光刻等方法來調節Fe-MgO顆粒膜中Fe含量、Fe顆粒尺寸、Fe顆粒間MgO絕緣材料的厚度和樣品尺寸等物理參數,研究Fe-MgO顆粒膜STT效應和室溫臨界電流密度與這些物理參數的關係,尋求更低STT室溫臨界電流密度；採用增加Fe顆粒尺寸和磁場中真空退火等方法來使該STT效應具有顯著的電滯特性；研究該STT效應和臨界電流密度與溫度的關係,揭示其物理機制和熱穩定性；探索有助於Fe-MgO顆粒膜自旋轉移矩效應實用化的條件。
結題摘要
目前國際上對自旋轉移矩效應的研究都集中在自旋閥和磁隧道結兩種結構中。本項目研究了Fe-MgO 顆粒膜的自旋轉移矩效應和室溫臨界電流密度，探索了一個降低自旋轉移矩室溫臨界電流密度的新方案，豐富了自旋轉移矩效應的物理內涵，研究內容具有創新性和科學意義。多年來，國際上實驗報導的自旋轉移矩效應室溫臨界電流密度處於106A/cm2量級（唯有一例 104A/cm2量級的額外電場協助的自旋轉移矩效應報導）, 限制了自旋轉移矩效應的套用。本項目研究了室溫臨界電流密度低至 103A/cm2量級且無額外電場協助的Fe-MgO顆粒膜自旋轉移矩效應相關特性，探索了有助於Fe-MgO顆粒膜自旋轉移矩效應實用化的條件。我們的研究揭示了Fe-MgO顆粒膜的自旋轉移矩效應和室溫臨界電流密度與樣品Fe體積百分比VFe、Fe顆粒大小和尺寸均勻性、Fe顆粒間MgO絕緣材料的厚度以及樣品尺寸的關係。並獲得了Fe-MgO顆粒膜更加低的室溫臨界電流密度（室溫Fe-MgO顆粒膜臨界電流密度為4200A/cm2）和更加顯著的自旋轉移矩效應（自旋轉移翻轉前後電阻相對變化達到26%）。同時實現了Fe-MgO顆粒膜自旋轉移矩效應顯著電滯特性，有助於該效應的實用化。還揭示了溫度對Fe-MgO顆粒膜的自旋轉移矩效應和臨界電流密度的影響，解明了Fe-MgO顆粒膜的自旋轉移矩效應和臨界電流密度的物理機制，同時還揭示了自旋轉移矩效應和臨界電流密度的高溫穩定性，發現在8K至500K的溫區里Fe-MgO顆粒膜能夠保持穩定的103A/cm2量級的極低臨界電流密度，說明Fe-MgO顆粒膜自旋轉移矩效應有很好的套用前景。
