半金属磁性氧化物Fe3O4薄膜的磁性改性

本项目将以寻求与开发纳米自旋注入电子学器件为目标，研究在半导体衬底上生长磁性氧化物Fe3O4为基的磁性氧化物薄膜的磁性改性. 通过优化制备工艺、适量掺杂以及合适的氧化过程等实验研究，结合理论模拟，以得到电阻匹配，软磁及矩磁性改良的磁性氧化物/半导体复合纳米结构。

按照项目的研究内容，采用单晶（或高织构）的分子束外延（MBE）和激光脉冲沉积（PLD）的生长方法，以铁磁共振（FMR）为主要研究手段，辅以结构、XMCD、磁性和磁光等实验测量，对半金属磁性氧化物Fe3O4为基的磁性氧化物纳米材料（如薄膜、纳米线等）的磁性改性进行了较为系统的研究。获得了如下创新性结果：（1）通过优化制备工艺和合适的氧化过程，成功的获得了单晶Fe3O4和III-V族半导体（GaAs和InAs）、取向Fe3O4和重要的单质半导体Si、以及Fe3O4和性能良好的铁电体Bi3.25La0.75Ti3O12（Fe3O4/ BLT）的纳米复合薄膜的制备工艺，研究了随不同的Fe3O4厚度其磁性、磁各向异性和磁输运的演变规律，并采用第一性原理计算的方法对磁矩异常进行了解释；（2）利用FMR对Fe3O4基复合薄膜的表界面效应进行了系列的研究，获得了表面覆盖层、插入层和缓冲层对磁性和磁各向异性的影响规律；（3）利用电子束刻蚀等微加工手段初步制备了Fe3O4/GaAs复合横向自旋注入器件，并对其界面接触特性、磁性以及磁电阻特性进行了测试，发现存在室温磁电阻效应，这对于自旋注入器件的开发和实用化存在重要的科学意义；4）对Fe3O4单晶纳米链的制备技术有了新的发展，在Zn和Co掺杂对Fe3O4单晶纳米链的磁性改性、磁各向异性以及掺杂机制方面获得了新的认识；5）对Fe3O4/ZnS核-壳纳米结构组装技术的研究取得了突破，这将对于磁和光的集成具有重要的科学意义；6）延续上个项目工作，我们针对轻稀土Nd，研究了Nd掺杂NiFe薄膜的磁性和磁化动力学行为，采用XMCD在Nd和FeNi薄膜磁矩的取向以及他们的轨道、自旋磁矩的耦合上取得了很好的结果，并在Nd掺杂的NiFe薄膜中获得了增强的阻尼因子。