Fe1-xCox-MgO(001)結(jié)構(gòu)垂直磁各向異性的第一性原理研究.pdf

1、近年來，垂直磁隧道結(jié)由于在磁記錄、磁隨機(jī)存儲器、微波探測器以及磁敏傳感器等方面的廣闊應(yīng)用前景引起人們廣泛的關(guān)注。其中由單質(zhì)Fe或者FeCo基合金與單晶MgO(001)結(jié)合形成的垂直磁隧道結(jié)具有高隧穿磁電阻、高熱穩(wěn)定性、低臨界翻轉(zhuǎn)電流的優(yōu)點，是人們研究的重點。雖然大量的研究取得了豐碩的成果，但是橫亙在FeCo/MgO隧道結(jié)應(yīng)用之前的一個重要問題是鐵磁層的垂直各向異性難以在較高厚度下保持，提高了材料制備工藝的難度。為此，本文擬研究Fe/Mg

2、O中垂直磁各向異性隨Fe厚度變化的內(nèi)在機(jī)制，通過優(yōu)化Fe、Co比例使FeCo/MgO在鐵磁層厚度增加時仍保持較強(qiáng)的垂直磁各向異性，主要內(nèi)容包括:
　　(1)利用VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)軟件研究了Fe/MgO結(jié)構(gòu)的垂直磁各向異性與Fe原子層數(shù)的關(guān)系。構(gòu)建了包含一至四層Fe原子的四個模型，發(fā)現(xiàn)隨著Fe原子層數(shù)的增加，鐵磁層的垂直磁各向異性急劇減弱，這與其他研究者的實驗結(jié)果是一致

3、的。探討了Fe厚度變化時界面處Fe-O雜化和鐵磁層3d軌道的改變，以及各層Fe原子對垂直各向異性的貢獻(xiàn)，認(rèn)為垂直磁各向異性減弱的原因是界面Fe原子正作用的減弱以及內(nèi)層Fe原子負(fù)作用的增強(qiáng)，為調(diào)控Fe/MgO的垂直磁各向異性提供理論基礎(chǔ)。
　　(2)研究比較了Fe/MgO、Fe12Co4/MgO、Fe10Co6/MgO和Fe8Co8/MgO四種不同F(xiàn)e、Co比例結(jié)構(gòu)的垂直磁各向異性，發(fā)現(xiàn)隨著Co原子比例的增加，垂直磁各向異性能先增大

4、后減小，在Fe12Co4/MgO中達(dá)到最大值7.1meV，近乎是Fe/MgO的兩倍，而在Fe8Co8/MgO中變?yōu)樨?fù)值。借助二次微擾理論分析了四種結(jié)構(gòu)中界面處Fe、Co原子對垂直磁各向異性的貢獻(xiàn)，并通過差分電荷密度圖直觀地對比了Fe、Co原子3d軌道的變化。分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e12Co4/MgO中垂直磁各向異性的增強(qiáng)主要來源于界面Fe、Co原子3d軌道態(tài)密度在費米能級附近的優(yōu)化組合，而在Fe10Co6/MgO中垂直磁各向異性的減弱主要來自于界