巨磁电阻材料的研究与应用

介绍了一种新型的磁性功能材料———巨磁电阻材料 ,综述了其研究进展情况。并就它在巨磁电阻传感器、高密度磁记录读出磁头、巨磁电阻随机存储器以及自旋晶体管等磁电子元器件上的应用进行了论述。

巨磁电阻效应

评介了巨磁电阻（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）效应的实验观测、理论分析及其在磁存储等技术中奇迹般的应用，着重阐述了电子自旋化输运的概念．

巨磁电阻效应中的声子贡献

研究在磁多层膜系统中晶格所起的作用，以探讨依赖于自旋散射的微观起源．我们利用凝胶模型并在Ｄｅｂｙｅ近似情况下，对Ｆｅｉｍｉ而附近由声子引起的电子结构的变化进行了研究，并由此考虑了电子能带自旋劈裂的声子影响，从而讨论了巨磁电阻系数并比较了不考虑声子的情况，得到了在电声相互作用下电子更为局域的结论，使得实验结果与理论计算相一致。

用自旋阀巨磁电阻传感器测量地磁场

介绍了自旋阀巨磁电阻传感器的结构和工作原理,研究了该传感器的特性,并用它准确测量了地磁场的主要参量。由于自旋阀受强磁场干扰能很快恢复其灵敏度,且灵敏度较高,因此,其适合作为弱磁场测量升级替换产品。

巨磁电阻材料及其在电子元器件上的应用

介绍了一种新型的磁性功能材料——巨磁电阻薄膜材料，并就它在巨磁电阻传感器、高密度磁记录读磁头以及巨磁电阻随机存储器等电子元器件上的应用作了一些论述。

巨磁电阻效应的非接触光学表征方法研究

根据自平均极限模型推导了在巨磁电阻薄膜中折射系数与自旋非对称因子的关系。用傅立叶变换红外光谱仪组建了磁折射效应测试装置,并测试了自旋阀多层薄膜(Si/PtMn/CoFe/Ru/CoFe/Cu/Co/NiFe)的磁折射效应。结果表明:在红外波段,可以用磁折射效应表征巨磁电阻效应。

自旋阀中的极化输运与相关自旋新材料及结构研究

电子既是电荷的载体又是自旋的载体。电子作为电荷的载体，使二十世纪成为了微电子学的天下。而随着1988年巨磁电阻（GMR）效应发现以来，通过操纵电子的另一量子属性——自旋，使新一代的电子器件又多了一维控制手段。电子自旋的研究涵盖了金属磁性多层膜、磁性氧化物、磁性半导体等众多体系，探寻这些体系中自旋输运的基本原理是研究，的重点。目前，基于传统自旋阀中极化输运及自旋电子学的发展，对新材料和新结构的研究尚不成熟，还有众多科学问题亟待解决，诸如：如何在室温下获得更大的巨磁电阻变化率、提高器件的稳定性及灵敏度、自旋阀中交换偏置场产生的物理根源、实现自旋同半导体完美结合的材料、结构及方法等。因此，基于国内外自旋电子学研究的重点，首先围绕最基本的自旋阀纳米多层膜结构，开展了自旋阀多层膜制备、设计、结构优化、自旋阀交换偏置核心结构物理机制探索等研究；其次，提出了三种异质结新结构，并以大自旋极化率Fe3O4磁性半金属为核心材料，开展了自旋阀、新异质结研究；最后，在理论与材料研究的基础上，对自旋器件进行了设计与实验研究，获得了一些有益的结果：（1）理论方面，基于自旋电子器件进一步发展对新结构、新材料发展的需求，提出了磁性半导体，半导体、磁性半导体，磁性半导体、自旋滤波材料，自旋滤波材料的新自旋异质结模型。理论分析发现，利用磁性半导体，半导体异质结，在负偏压的作用下可实现自旋电子的极化输运，而利用磁性半导体，磁性半导体、自旋滤波材料／自旋滤波材料异质结可实现趋于100％的磁电阻变化率。另外通过计算，对可实现的磁阻效应及对材料的要求进行了详细研究，为新材料的应用奠定了一定的理论基础。（2）虽然基于自旋阀核心结构的自旋电子器件研究已开展了多年，但如何进一步提高自旋电子器件的磁电阻效应、灵敏度、工作范围、工作稳定性和解决这些问题的物理机制，仍是自旋电子学中的一个热点。因而，首先基于Mott二流体模型发现自旋阀巨磁电阻受磁性材料、非磁性材料、自旋极化率、自旋扩散长度、厚度、尺寸、电阻率等影响明显，因而可通过改善制备工艺条件及各层的材料、厚度改善自旋阀的性能，探寻提高巨磁电阻变化率、灵敏度等的有效途径。其次，以理论分析为指导，实验上首先制备Ta／NiFe/Cu／NiFe／FeMn传统自旋阀多层膜，研究了自由层、隔离层、钉扎层、反铁磁层厚度对巨磁电阻效应的影响，找到了最佳的制备工艺；其次，研究了缓冲层材料对自旋阀灵敏度、巨磁电阻效应的影响。发现由于缓冲层元素表面自由能的影响导致了自旋阀灵敏度的改变，指出选择适当表面自由能的缓冲层，可有效改善自由层薄膜的性能，为提高器件的灵敏度提供了有效的途径；最后，基于室温磁场下制备自旋阀交换偏置场较小、工作范围较窄的问题，通过对传统结构的改进，提出了新型双交换偏置场自旋阀模型，为增大器件工作稳定性、人为调制器件工作范围，提供了有效手段。（3）交换偏置在自旋电子器件巾具有核心地位，但到目前为止，其产生的物理根源、影响其大小的因素仍是未解决的难题。因而，基于自旋阀的核心结构——铁磁，反铁磁交换偏置效应，研究了NiFe／FeMn双层膜钉扎层、被钉扎层厚度、材料微结构、底钉扎、顶钉扎结构等对交换偏置的影响，分析了交换偏置产生的物理根源；研究了制备磁场大小对钉扎场大小的影响，发现了利用大磁场可实现提高交换偏置的新方法，并利用52kA/m（650Oe）的大磁场在1-2nm的NiFe钉扎层中实现了接近48kA/m（600Oe）的交换偏置场。（4）基于自旋阀测试，研究了初始测试磁场平行与反平行于交换偏置场方向，测试电流的大小对交换偏置场的影响。并用大脉冲电流，在初始测试磁场反平行于交换偏置场方向的样品中，首次实现电流矩在电流沿膜面流动自旋阀结构中对钉扎场的翻转，为铁磁／反铁磁双层膜体系产生交换偏置的机理提供了新的研究途径，并对自旋阀的应用提出了新的挑战。（5）为探寻高自旋极化率的新材料，开展了半金属磁性材料Fe3O4薄膜制备工艺的研究。通过改变溅射功率、退火温度、缓冲层、磁场沉积等，在200W溅射功率、300℃的退火温度、24kA／m（300Oe）沉积磁场的最佳条件下获得了高晶粒织构、成分单一的Fe3O4薄膜，并通过对氧气氛的调节，实现了无缓冲层高性能Fe3O4薄膜的制备。（6）利用所制备的Fe3O4薄膜，进行了基于Fe3O4自旋阀的制备，发现Fe3O4薄膜同其它金属材料间电阻率的失配，是造成巨磁电阻效应低的原因：另外，基于理论提出的磁性材料，半导体异质结，制备了Fe3O4／n-Si纳米结，初步实现了磁性材料到半导体的自旋注入与输运。

离子束混合过程中Au/Fe磁性膜的巨磁电阻效应在线研究

在离子束混合和强磁场条件下,在线研究了Au/Fe磁性膜的巨磁电阻效应,发现了不同磁场强度下的离子束混合对巨磁电阻效应影响的规律,以及不同注入条件对样品饱和磁场的影响。讨论了样品由磁性多层膜逐渐向磁性纳米颗粒膜的转变,以及与此相关的纳米磁性颗粒在磁场作用下的非各向同性生长,并通过高分辨透射电镜(TEM)观察证实了磁性膜样品中磁性纳米Fe颗粒存在各向异性生长现象。通过对室温放置了一年以上的磁性纳米颗粒膜样品的电磁物性测量,证明利用离子束混合技术制备的纳米颗粒膜在室温具有良好的热稳定性和时间稳定性。

Transport Property of La_(0.67-x)Sm_xSr_(0.33)MnO_3 at Heavy Samarium Doping (0.40≤x≤0.60)

The influence of heavy samarion （Sm） doping （0.40≤x≤0.60） on magnetic and electric properties of La0.67-xSmxSr0.33MnO3 was investigated by measuring the magnetization-temperature （M - T） curves, magnetization-magnetic density （ M - H） curves, resistivity-temperature （ρ- T） curves and magnetoresistivity-temperature （ MR - T） curves of the samples under different temperatures. It is found that, form from long-range ferromagnetic order to spin-cluster glass with the increase of Sm doping amount, the samples transstate and anti-ferromagnetic state; and when x = 0.60, the transport property becomes abnormal under magnetic background; and the magnetic structure changes and extra magnetic coupling induced by doping leads to colossal magnetoresistance effect. The transport mechanism of metallic conduction at low temperature is mainly electron-magneton interaction and can be fitted by the formula ρ = ρ0 ＋ AT^4.5, and the insulatorlike transport mechanism on high temperature range is mainly the function of variable-range hopping and can be fitted by the formula ρ = ρ0exp（T0/T）^1/4. In the formulas above, p is resistivity, T is temperature, and A, ρ0, T0 are constants.