Mn基反铁磁材料双势垒隧穿各向异性磁电阻效应的研究

The Mn-based antiferromagnetic(AFM) layer plays a fundamental role in GMR and TMR stack as a pinned layer. Recently, more than 100% tunneling anisotropic magnetoresistance (TAMR) ratio was observed in Ir-Mn alloy, TAMR itself can be a experimental tool to investigate AFM materials, moreover, particularly appealing is the introduction of AFMs with high Neel temperature into semiconductor spintronics. Current works are focus on single barrier TAMR effect with a poor TAMR ratio in room temperature. In this proposal, in order to further enhance the TAMR ratio, by fine tuning the angle between two AFM layers through FM/AFM bilayers coupling, we will study the influence of density of states anisotropy between two AFM layers on the TAMR effect in double barriers stack. The project will be help for further understanding the AFMs TAMR effect, more important, it should be lay the foundation in discovering AFM semiconductor with huge potential commercial application.

Mn基反铁磁材料在巨磁电阻和隧道结自旋阀中做为钉扎层具有重要的应用，最近，在Ir-Mn中发现超过100%的隧穿各向异性磁电阻效应(TAMR) 显示了反铁磁材料又一独特属性，尤其是具有高TAMR效应且奈耳温度高于室温的半导体反铁磁化合物可以成为极具应用价值的磁性半导体材料，反铁磁自旋电子学概念也应运而生。目前的反铁磁TAMR材料都是单势垒结构且室温TAMR值较低。本项目以具有两层反铁磁层和势垒层的双势垒反铁磁TAMR效应为研究目标，利用交换偏置中的铁磁/反铁磁耦合场调节两层反铁磁磁矩的相对取向，研究在此情况下，电子自旋-轨道耦合导致的两层反铁磁费米面上态密度的不同匹配对TAMR效应的影响以及电子在双势垒中的隧穿机制等物理问题，并探索进一步提高反铁磁TAMR效应的途径。该项目不但有助于进一步深入理解反铁磁TAMR效应的机制，而且为实验上发现具有应用价值的反铁磁磁性半导体材料提供理论基础。

Mn基反铁磁材料在巨磁电阻和隧道结自旋阀中做为钉扎层具有重要的应用价值，最近，在Ir-Mn中发现超过100%的隧穿各向异性磁电阻效应(TAMR) 显示了反铁磁材料又一独特属性，尤其是具有高TAMR效应且奈耳温度高于室温的半导体反铁磁化合物可以成为极具应用价值的磁性半导体材料，反铁磁自旋电子学概念也应运而生。目前的反铁磁TAMR材料都是单势垒结构且室温TAMR值较低。本项目以具有两层反铁磁层的双势垒TAMR效应为研究目标，利用交换偏置中的铁磁/反铁磁耦合场调节两层反铁磁磁矩的取向，研究在此情况下，自旋-轨道耦合导致的两层反铁磁态密度的不同匹配和电子在双势垒中的隧穿效应对TAMR效应的影响，并探索进一步提高反铁磁TAMR值的途径。该项目不但有助于进一步深入理解反铁磁TAMR效应的机制，而且为实验上发现具有应用价值的反铁磁磁性半导体材料提供理论基础。项目实施以来，项目组围绕着薄膜磁电阻效应展开了一系列的深入研究，取得了一批重要成果；如我们利用微纳加工技术在Co/Py实现了一种纵向矫顽力异质结的新奇结构，并利用这种结构室温下观察到了Py畴壁的负的磁电阻效应，同时首次在实验中观察到了掺杂对畴壁磁电阻效应的影响，对多年前就对畴壁磁电阻的来源机制的大量理论工作首次给出了实验验证，该工作对正确认识畴壁与电子之间的散射机制，进而理解畴壁磁电阻效应的来源具有重要的意义，更重要的是我们所设计的这种纵向矫顽力异质结不仅可以用来研究不同磁性材料的磁电阻效应，而且还会在器件中具有重要的应用。