反應(yīng)濺射外延MxFe3x04薄膜的磁學(xué)性質(zhì)和電子輸運(yùn)特性.pdf

1、尖晶石鐵氧體MFe204(M=Fe、Co、Ni、Mn等)具有豐富多樣的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)以及高居里溫度等優(yōu)點(diǎn),成為磁(自旋)電子學(xué)的研究熱點(diǎn)。對于不同的M離子，MFe204表現(xiàn)出不同的特性,如Fe304是半金屬材料,MFe204(M=Co、Ni)是自旋過濾材料。我們利用反應(yīng)濺射方法,制備了非磁性元素(Ti、Zn)和磁性元素(Co、Ni)摻雜的Fe304薄膜及其異質(zhì)結(jié),系統(tǒng)研究了它們的結(jié)構(gòu)、磁性和電子輸運(yùn)特性。
　　通過對非磁性元素Ti

2、和Zn摻雜Fe304薄膜的研究,我們發(fā)現(xiàn)在較低的摻雜量下(X≤9％),外延TixFe3_x04薄膜的晶格常數(shù)、飽和磁化強(qiáng)度和磁電阻均隨Ti含量的增加而增大,這是因?yàn)門j4+離子傾向于占據(jù)A位。第一性原理計(jì)算表明,TixFe3_x04的自旋極化率仍然接近l00%。在較低氧氣流量下制備的外延ZnFe204薄膜表現(xiàn)出室溫鐵磁性和半導(dǎo)體導(dǎo)電特性,并且在75 K和50 kOe磁場下呈現(xiàn)-21.2%的磁電阻。外延ZnFe204薄膜較大的磁電阻來自尖

3、晶石結(jié)構(gòu)中陽離子無序和氧空位等引起的自旋傾斜。
　　對磁性元素Co和Ni摻雜Fe304外延薄膜的研究發(fā)現(xiàn),外延CoFe204薄膜中存在硬磁和軟磁兩相,軟磁相來自薄膜與基底界面層及薄膜表面層,硬磁相則來源于除薄膜表面和界面以外的中間層。(100)和(110)取向的外延Co(Ni)xFe3_x04薄膜均具有四重軸對稱的各向異性磁電阻(AMR),(III)取向的外延CoxFe3_x04薄膜具有六重軸對稱的AMR,而在(IlI)取向的外延

4、NixFe3_x04薄膜中未觀察到六重軸對稱性的AMR。我們認(rèn)為,四重和六重軸對稱性AMR來源于薄膜的磁晶各向異性和反相邊界的共同作用;Co摻雜增強(qiáng)了Fe304薄膜的磁晶各向異性,而Ni摻雜則造成Fe304磁晶各向異性的降低;所以(111)取向的CoxFe3_x04和NixFe3_x04外延薄膜表現(xiàn)出不同的AMR。
　　此外,我們還發(fā)現(xiàn)MFe204(M=Co、Ni)薄膜具有室溫電致電阻效應(yīng),高低電阻態(tài)比值為~9,并且能夠保持200