磁性顆粒薄膜和稀磁半導(dǎo)體材料的自旋相關(guān)輸運(yùn)性能的研究.pdf

1、通過(guò)對(duì)與電子自旋特性相關(guān)的巨磁電阻效應(yīng)和稀磁半導(dǎo)體材料的研究，推動(dòng)了自旋電子學(xué)這門(mén)新興學(xué)科的發(fā)展。巨磁電阻效應(yīng)在磁性傳感器、磁記錄讀出磁頭、磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景，是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一；稀磁半導(dǎo)體材料作為未來(lái)實(shí)用化自旋電子學(xué)器件的重要材料，將為自旋電子學(xué)器件的大規(guī)模實(shí)用化創(chuàng)造條件。 本論文采用磁控濺射的方法制備了非晶Cr-TiO<,2>、多晶Cr-ZnO稀磁半導(dǎo)體材料和多晶Fe-TiO<,2>磁性金屬一絕緣體顆

2、粒薄膜材料，對(duì)其結(jié)構(gòu)、成份及自旋相關(guān)的電磁輸運(yùn)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。旨在揭示巨磁電阻效應(yīng)和室溫鐵磁性的微觀物理機(jī)制，尋找具有更高室溫磁電阻的顆粒膜材料和更高鐵磁轉(zhuǎn)變溫度的稀磁半導(dǎo)體材料。 通過(guò)對(duì)非晶Cr-TiO<,2>稀磁半導(dǎo)體材料的研究，發(fā)現(xiàn)制備態(tài)的樣品都具有室溫鐵磁性，x=0.05的Cr<,x>Ti<,1-x>O<,2>樣品，340K時(shí)飽和磁矩為3.21×10<'-1>μB/Cr，居里溫度高于390K，可以排除第二相或金屬顆

3、粒團(tuán)簇對(duì)系統(tǒng)鐵磁性的影響，證實(shí)系統(tǒng)鐵磁性為內(nèi)稟鐵磁性。500℃空氣退火后，樣品由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變成多晶態(tài)，系統(tǒng)的鐵磁性也隨之消失，表明結(jié)構(gòu)缺陷的存在有利于系統(tǒng)的鐵磁有序性，光學(xué)測(cè)量結(jié)果證實(shí)了上述結(jié)論。電學(xué)特性顯示鐵磁性和介電狀態(tài)可以共存于非晶Cr-TiO<,2>稀磁半導(dǎo)體材料中。 與非晶態(tài)Cr-TiO<,2>稀磁半導(dǎo)體類似，多晶Cr-ZnO稀磁半導(dǎo)體材料也顯示出室溫以上的鐵磁性，340K下，x=0.011樣品的飽和磁化強(qiáng)度為0.65μ

4、B/Cr，隨著Cr摻雜量的增加，樣品的飽和磁化強(qiáng)度降低。該系統(tǒng)的居里溫度高于400K，鐵磁性來(lái)源于過(guò)渡金屬對(duì)母體的替代而產(chǎn)生的內(nèi)稟鐵磁性，排除了外在的磁性顆粒團(tuán)簇的影響?？諝馔嘶鸷螅到y(tǒng)的鐵磁性隨著晶化程度的提高而減弱，表明結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)系統(tǒng)鐵磁性的影響也存在于多晶態(tài)Cr-znO薄膜中。另外，電性的測(cè)量結(jié)果證實(shí)了多晶Cr-ZnO薄膜樣品中鐵磁性和介電特性共存。 通過(guò)對(duì)多晶Fe-TiO<,2>磁性金屬一絕緣體顆粒膜系統(tǒng)輸運(yùn)特性的研究，

5、發(fā)現(xiàn)了顆粒薄膜系統(tǒng)中磁性顆粒之間的反鐵磁耦合現(xiàn)象，并研究了這種耦合作用對(duì)薄膜電阻率、磁電阻、霍爾電阻及磁性能的影響。發(fā)現(xiàn)金屬體積比低于60％的Fe-TiO<,2>薄膜樣品在180K溫度下的電阻率來(lái)源于隧穿導(dǎo)電機(jī)制，當(dāng)溫度低于100K時(shí)，磁電阻隨溫度降低出現(xiàn)大幅增加現(xiàn)象。對(duì)于金屬體積比為46％的Fe-TiO<,2>薄膜樣品，室溫時(shí)的磁電阻為-7.6％，3K時(shí)的磁電阻增加到-29.3％，磁電阻的大幅增加來(lái)源于金屬顆粒之間的反鐵磁性相互作用。