納米多層中的巨磁電阻效應(yīng)

1、納米多層中的巨磁電阻效應(yīng)納米多層中的巨磁電阻效應(yīng)撰稿賴武彥(物理研究所)一、研究背景1986年德國科學(xué)家Grunberg小組有一重要的發(fā)現(xiàn)，就是在FeCrFe三層膜中觀察到兩個(gè)鐵層之間通過鉻層產(chǎn)生耦合。1988年法國科學(xué)家Fert小組在[FeCr]週期性多層膜中，觀察到當(dāng)施加外磁場時(shí)，其電阻下降，變化率高達(dá)50％。因此稱之為巨磁電阻效應(yīng)(giantmagesistanceGMR)。1995年，人們以絕緣層Al2O3代替導(dǎo)體Cr，觀察到很

2、大的隧道磁電阻(tunnelingmagesistanceTMR)現(xiàn)象。基於GMR和TMR的發(fā)現(xiàn)，一個(gè)新的學(xué)科分支——磁電子學(xué)的概念被提出了。從那時(shí)起，科技人員一直堅(jiān)持不懈地努力，將上述創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為信息技術(shù)(infmationtechnologyIT)產(chǎn)業(yè)化。1999年以GMR多層膜為磁頭的硬碟驅(qū)動(dòng)器(harddiskdriverHDD)進(jìn)入市場，其存儲(chǔ)密度達(dá)到11Gbitsin2，而1990年僅為0.1Gbitsin2，10年中提

3、高了100倍。目前GMR的研究開發(fā)工作正方興未艾，而將上述隧道磁電阻(TMR)多層膜應(yīng)用於新型隨機(jī)記憶體(MRAM)的研究又已經(jīng)展開。在FeCrFe系統(tǒng)中，相鄰鐵層間存在著耦合，它隨鉻層厚度的增加而呈正負(fù)交替的振盪衰減形式。使得相鄰鐵層磁矩從彼此反平行取向到平行取向交替變化。外磁場也可使多層膜中鐵磁層的反平行磁化狀態(tài)發(fā)生變化。當(dāng)通以電且隨Mo層增厚而振盪(見圖1)。其振盪週期約為1.1nm。獨(dú)立進(jìn)行的能帶理論計(jì)算也給出這個(gè)結(jié)果。圖1磁電

4、阻隨Mo層厚度振盪（室溫和4.2K）。多層膜結(jié)構(gòu)是[Fe(1.0nm)Mo(tMo)]30。30是週期數(shù)，tMo從0.9到4.6nm變化2新現(xiàn)象和新途徑目前，實(shí)用多層膜是所謂的自旋閥，它由“鐵磁非磁／鐵磁反鐵磁”四層組成。我們在“鐵磁／反鐵磁”系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象，即交換各向異性同樣可以在反鐵磁層的奈爾溫度遠(yuǎn)大于鐵磁層的居裏溫度的“鐵磁／反鐵”體系中建立起來。其交換各向異性和矯頑力的溫度關(guān)係完全不同於以往體系(見圖2)。這一結(jié)果對完整理