导　　师： 白海力

学科专业： H0501

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 天津大学

摘　　要： 铁氧体材料,如半金属Fe₃O₄材料和自旋过滤NiFe₂O₄、CoFe₂O₄、γ–Fe₂O₃材料等具有居里温度高、结构简单的特点,近年来在自旋电子学研究领域备受关注。我们用多对靶磁控溅射系统制备了多晶、外延Fe₃O₄薄膜,外延?–Fe₂O₃薄膜和外延Fe₃O₄/半导体异质结构,系统分析了样品的结构以及磁学和电输运性质。通过对在不同温度下、不同基底上制备的外延尖晶石Fe₃O₄和γ–Fe₂O₃薄膜的研究,发现选择晶格失配度小的单晶基底、降低沉积速率以及提高基底温度可以更容易实现Fe₃O₄和γ–Fe₂O₃薄膜的外延生长。晶粒边界处的反铁磁耦合强度决定了多晶和外延Fe₃O₄薄膜的磁性和磁输运特性。外延Fe₃O₄薄膜的蝴蝶状双峰磁电阻与薄膜中反铁磁耦合的反相边界密切相关,低场磁电阻的峰值位置与磁滞回线的矫顽力相对应,高场磁电阻随磁场呈线性变化。这是远离反相边界的磁矩先转到外磁场方向、高场下靠近边界的磁矩缓慢趋向于外磁场方向以达到能量最低状态所导致的。反应溅射法制备的不同厚度的外延γ–Fe₂O₃薄膜的磁化强度基本保持了块体的饱和磁化强度值（³90 emu/cm³）,矫顽力随着厚度的增大而增大。我们在外延Fe₃O₄薄膜中观察到了用传统两重轴对称的各向异性磁电阻理论无法解释的四重轴对称的各向异性磁电阻。我们认为,随磁场增大而增大的四重轴对称的各向异性磁电阻与薄膜的磁晶各向异性和本征生长缺陷反相边界密切相关。低场时,散射主要由远离边界的磁矩产生,当磁场在薄膜表面内旋转时,远离边界的磁矩始终都与外磁场同向,感受不到磁晶各向异性的影响,表现为传统的两重轴对称的各向异性磁电阻;在高场下,散射主要来自反相边界附近的磁矩,磁晶各向异性场辅助外磁场进一步一致排列边界附近的磁矩,输运的极化子感受到正弦变化的散射几率,从而得到了高场下的四重轴对称的各向异性磁电阻。Fe₃O₄（111）/ZnO（0001）异质结构中的电子输运在T<30 K下为热离子扩散和发射机制。在30 K时,Fe₃O₄/ZnO异质结构具有0.51 eV的肖特基势垒,半金属Fe₃O₄自旋注入半导体ZnO的效率为28.5%。我们在Fe₃O₄/Nb:SrTiO₃中观察到了⁸0%的跨界面的各向异性磁电阻。当外部所加电压与界面处势垒高度相近时,磁晶各向异性能调制了跨越界面的电子所受到的散射,从而形成了与磁晶各向异性相对应的四重轴或六重轴对称的各向异性磁电阻。

关 键 词： 外延 薄膜 反相边界 自旋注入 肖特基势垒 各向异性磁电阻

分 类 号： [TB383.2]

领　　域： [一般工业技术]