Fe4N基雙層膜和有機自旋閥的結(jié)構(gòu)、磁性和磁電阻效應(yīng).pdf

1、由于較高的飽和磁化強度、居里溫度以及高自旋極化率，F(xiàn)e4N薄膜在自旋電子學(xué)器件中具有潛在的應(yīng)用價值。在實際應(yīng)用中，為了降低功耗，交換偏置結(jié)構(gòu)成為隧道結(jié)或者自旋閥中必不可少的組成部分。但是Fe4N體系的交換偏置現(xiàn)象還沒有人研究過。另外，有機自旋閥因其較低廉的成本價格、較好的柔性，使其更有應(yīng)用前景，因此我們將Fe4N與有機半導(dǎo)體結(jié)合起來，研究Fe4N基有機自旋閥的磁電阻效應(yīng)。
　　我們采用對向靶反應(yīng)濺射法，制備了外延Fe4N/CoN雙

2、層膜，對其結(jié)構(gòu)、交換偏置以及各向異性磁電阻(AMR)進行了詳細(xì)的研究。結(jié)合有機氣相沉積法，我們還制備了Fe4N/Alq3/Co有機自旋閥，主要對其結(jié)構(gòu)、磁性和磁電阻效應(yīng)進行了深入的研究。
　　外延Fe4N/CoN雙層膜的交換偏置隨著溫度的升高出現(xiàn)從負(fù)到正的轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變不依賴于冷卻磁場和磁鍛煉效應(yīng)。正交換偏置主要是反鐵磁界面耦合以及受阻挫的界面自旋結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。在不同F(xiàn)e4N和CoN厚度的樣品中均出現(xiàn)了交換偏置符號的轉(zhuǎn)變行為，而且不

3、僅僅出現(xiàn)在低溫下。當(dāng)CoN厚度為10和12nm時，轉(zhuǎn)變溫度高達200K。此外，對于Fe4N厚度為4nm的Fe4N/CoN雙層膜，界面磁化翻轉(zhuǎn)呈現(xiàn)復(fù)雜的變化趨勢，磁滯回線不再平滑，這可能是無序的鐵磁自旋翻轉(zhuǎn)和各種競爭的磁結(jié)構(gòu)的共同作用。
　　Fe4N/CoN雙層膜的AMR也反映了交換偏置現(xiàn)象。在低溫下，相位的滯后和矩形狀的AMR出現(xiàn)，這與界面交換耦合相關(guān)。交換偏置場的存在使得磁化強度滯后于外加磁場，故而出現(xiàn)相位的滯后。隨著Fe4N厚

4、度的增加，矩形狀的AMR愈加明顯。交換偏置誘導(dǎo)的單向各向異性、Fe4N本征的AMR以及界面自旋散射誘導(dǎo)的高階各向異性這三者的共同作用最終導(dǎo)致了矩形狀A(yù)MR的出現(xiàn)。
　　不同Alq3厚度的Fe4N/Alq3/Co有機自旋閥表現(xiàn)出負(fù)磁電阻效應(yīng)，這一現(xiàn)象可以歸因于兩個鐵磁層/有機層界面相反的有效自旋極化率。低溫下，F(xiàn)e4N/Alq3/Co有機自旋閥的磁電阻曲線不對稱，對應(yīng)于磁滯回線的不對稱。Alq3/Co界面處復(fù)雜的磁結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了這種不對