《ZnO磁性半導體雙勢壘隧道結及其自旋過濾效應的研究》是依託山東大學，由劉國磊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：ZnO磁性半導體雙勢壘隧道結及其自旋過濾效應的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉國磊
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
磁性半導體隧道結集自旋注入、傳輸和檢測為一體，是半導體自旋電子學器件的熱點之一。在前期的研究工作基礎上，本項目擬利用氧電漿分子束外延技術，製備全外延的ZnO磁性多層膜。相比金屬磁性材料，ZnO磁性半導體可以避免界面氧化以及電阻和晶格失配問題。但是，在以往的ZnO磁性半導體隧道結中，存在外延質量差和遂穿磁電阻小等問題。本項目擬通過設計並製備ZnO磁性半導體雙勢壘隧道結，以避免兩個鐵磁層之間的鐵磁耦合作用；並用鐵磁性絕緣層ZnO:CoMg的自旋過濾效應，實現遂穿磁電阻的增強。將探討界面態和自旋過濾效應對於自旋電流從ZnO磁性半導體遂穿注入到ZnO半導體的作用機制，以及自旋電流在ZnO半導體中的傳輸機制。本項目的實施，對於實現新型的半導體自旋電子學器件的套用提供重要的實驗數據。
結題摘要
氧化物磁性半導體具有高於室溫的鐵磁性，因此在半導體自旋電子學器件方面有較大的套用前景。磁性氧化物由於具有豐富的結構和物理特性而得到廣泛的關注，尤其是氧化物中的自旋、電荷和軌道之間的強關聯作用而導致的相分離和多相共存，往往使得磁性的微觀機理問題變得非常複雜。目前氧化物稀磁半導體，在鐵磁性的起源以及自旋電流相關的輸運性能等科學問題，一直沒有一致的結論。其中比較關鍵的因素，不能完全的排除氧化物磁性半導體中納米磁性顆粒的可能性。 本項目取得的工作和成果，集中在ZnO基磁性半導體薄膜的鐵磁性和自旋輸運性能的研究。包括ZnCoO磁性半導體的高質量單晶薄膜的分子束外延的可控生長、缺陷引起的局域振動模與鐵磁性的研究、s,p-d交換耦合機制的研究、自旋電流相關的磁電阻效應和反常霍爾效應、基於內稟反常霍爾效應的內稟鐵磁性、以及電極化驅動的自旋電流相關的磁電阻效應和反常霍爾效應。其中最主要的創新點：1、高摻雜ZnCoO磁性半導體的製備。通過工藝的改進獲得了高摻雜的ZnCoO磁性半導體薄膜，不但能夠維持母體ZnO的單晶纖維鋅礦結構，並且室溫下的飽和磁化強度比低摻雜的薄膜提高1個多量級，為進一步的基礎研究和套用提高了可能性。2、實驗觀察到了內稟機制的反常霍爾效應，這是氧化物磁性半導體的首次。另一方面，內稟反常霍爾效應也提供了內稟鐵磁性的證據。本項目的實施，對於實現新型的半導體自旋電子學器件的套用提供重要的實驗數據。
