碳基磁性復(fù)合薄膜的磁輸運特性.pdf

1、非晶態(tài)碳基磁性復(fù)合材料具有長自旋擴(kuò)散長度和自旋弛豫時間、可調(diào)控的電學(xué)性質(zhì)以及豐富的鐵磁復(fù)合界面性質(zhì)等優(yōu)勢,近年來在自旋電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。非晶態(tài)碳基磁性復(fù)合材料獨特的電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)決定了其電輸運性質(zhì)和磁電阻效應(yīng)呈現(xiàn)復(fù)雜、多樣化的特點,其中的物理機(jī)制有待深入系統(tǒng)的研究。
　　本論文用對向靶磁控濺射法制備了鐵磁/非晶態(tài)碳(Co/C)顆粒薄膜、反鐵磁/非晶態(tài)碳(Cr/C)顆粒薄膜以及鐵磁/非晶態(tài)碳/單晶硅(Fe3O4/a-C/

2、n-Si)異質(zhì)結(jié),并對它們的微觀結(jié)構(gòu)、電輸運性質(zhì)和磁電阻效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　在Co/C顆粒薄膜中,隨著Co含量逐漸增大,相互獨立的Co顆粒逐漸連通,Co/C顆粒薄膜的電輸運機(jī)制從絕緣性傳導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩詡鲗?dǎo)。絕緣傳導(dǎo)區(qū)域的Co/C顆粒薄膜在低溫下表現(xiàn)出弱飽和性的負(fù)磁電阻效應(yīng),源自界面自旋在磁場下的相對一致排列。除高階隧穿外,高界面自旋極化率也是導(dǎo)致顯著的負(fù)磁電阻的原因之一。界面處的p?d雜化作用會導(dǎo)致界面自旋極化,并受到母體內(nèi)

3、部sp2C含量的影響。金屬性傳導(dǎo)的Co/C顆粒薄膜的低溫磁電阻效應(yīng)是來自弱局域效應(yīng)的負(fù)磁電阻和電子?電子相互作用引起的線性正磁電阻相互競爭的結(jié)果。
　　Cr/C顆粒薄膜具有非均勻的顆粒結(jié)構(gòu),電輸運機(jī)制為隧穿傳導(dǎo)。Cr/C顆粒薄膜在低溫下具有自旋相關(guān)的弱飽和負(fù)磁電阻效應(yīng),在2K溫度和90kOe磁場下,磁電阻值達(dá)到19.5％。通過擬合得到Cr/C顆粒薄膜的界面自旋極化率為21%。這一結(jié)果證實了金屬與碳原子的雜化作用能夠產(chǎn)生一定的自旋極

4、化率。Cr/C顆粒薄膜在2~300K的溫度區(qū)間內(nèi)均表現(xiàn)為鐵磁性,磁性來源與母體中的磁性雜質(zhì)有關(guān),可以用類似于束縛磁極化子的模型進(jìn)行解釋。Cr/C顆粒薄膜的高居里溫度來自Cr雜質(zhì)原子與C原子間的雜化作用。
　　Fe3O4/a-C/n-Si異質(zhì)結(jié)的I-V曲線表現(xiàn)出非線性。當(dāng)a-C層厚度較薄時,Fe3O4/a-C/n-Si異質(zhì)結(jié)的電輸運機(jī)制為熱場發(fā)射機(jī)制;當(dāng)a-C層厚度較厚時,異質(zhì)結(jié)的主要導(dǎo)電機(jī)制為隧穿傳導(dǎo)機(jī)制。相比較于Fe3O4/n-