自旋電子學(xué)ppt課件(已修改)
2025-05-16 12:06 本頁面
【正文】 自旋電子學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域前沿科學(xué)研究 主講人：許小紅 ? 一、 巨磁電阻效應(yīng)（ GMR） ? 二、隧道磁電阻效應(yīng)（ TMR） ? 三、稀磁半導(dǎo)體（ DMS） ? 一、 巨磁電阻效應(yīng)（ GMR） 2022 Nobel 物理獎(jiǎng) —巨磁阻效應(yīng) Peter Gruenberg 彼得 格林貝格爾 Albert Fert 阿爾貝 費(fèi)爾 巨磁電阻（ GMR）效應(yīng) Fert （ 1988） Fe/Cr 超晶格 Phys . 61(1988), 2472 Grunberg （ 1986） 相鄰磁矩反鐵磁排列 Phys . 57 (1986), 2442 FM層間的振蕩耦合 ―― 普適現(xiàn)象 Parkin 的貢獻(xiàn) （ 1990） Co/Ru， 振蕩周期 約 12埃 FM層間的振蕩耦合 ――SMOKE 丘子強(qiáng)等 1992 Fe/Mo/Fe 單層膜厚度 t 的限制 金屬： t（ ≈ 2nm ） 《 λ (≈20nm) 《 Ls (≈200nm ） a，增大分子。需遠(yuǎn)小于”自旋弛豫長(zhǎng)度“。兩流體近似。 b，減小分母。需遠(yuǎn)小于”平均自由程“。彈性散射。 *平均自由程 λ （ 10－ 30納米） 自旋弛豫長(zhǎng)度 Ls（ 100－ 500納米） 00 )( RRRMR H??Mott兩流體模型 (1) ,. A153,699(1936) 近似：電子與（熱激發(fā)）自旋波散射可以忽略， （低于居里點(diǎn)） 只考慮電子與磁性離子自旋間的散射。 （ s－ d散射） 約定：與磁矩同方向的電子處于主要子帶（ majority） 相反方向自旋電子處于次要子帶（ minority） 兩流體模型（ 2） 散射過程中沒有自旋反轉(zhuǎn) S↑電子未被 d ↑（ majority ）電子散射， 對(duì)電導(dǎo)貢獻(xiàn)大 （ d ↑在 Fermi面沒有狀態(tài) ) S↓ 電子 被 d ↓(minority )電子散射， 對(duì)電導(dǎo)貢獻(xiàn)小 ( d ↓有效質(zhì)量太大 ) 結(jié)果： 電導(dǎo)的自旋相關(guān)因子 ??? ??1??????? ?????兩流體模型（ 3） α測(cè)量值： Co和 Ni大； Fe較??； Cu為零 and (1982) Mott兩流體模型 (4) 計(jì)入 Spin－ flip 散射（熱自旋波散射） ， 高溫電阻率 低溫電阻率（ Spin－ flip 散射 ） ? ? ? ??????????? ????? ????????? 4][0????? ????? ?? ?????Mott模型和 GMR效應(yīng)（ 1） 按 Mott模型（看上圖） 1， 電子自旋與所在層磁矩 相同時(shí)， s電子與 （ Majority） d 電子散射弱， 電子自旋與所在層磁矩 相反時(shí)， s電子與 （ Minority） d 電子散射強(qiáng)。 ?R?R?? ? RRMott模型和 GMR效應(yīng)（ 2） 2， 如果，平均自由程 （單層厚度） 磁電阻比率 其中， ? ? ? ?? ?? ?? ?? ? 222221111??? ???????????????????????RRRRRRRMRt??1???? RR?Pseudo spin valve (PSV) M(H) amp。 R(H) Field [kA/ m]15 10 5 0 5 10 15?R/R?? [%]012345678M1M2M1M2M1M2M1M2Fie ld [k A/m]10 100??M [T]1,51,00,50,00,51,01,5NiFe/Co/Cu2nm/Co3n m SpinValve (SV) M /MSHA F MA F MA F MHEB? R/ RH0HEBA F MA F MA F MM(H) magization R(H) magoresistance Spin valve (SV) – M(H) amp。 R(H) high magoresistance field sensitivity Field [.]1,5 1,0 0,5 0,0 0,5R [.]HFHEBR??+ ?RR??FeM n/Ni80Fe20/Cu/Ni80Fe20 ? ? %10%100 ??? ?? ???? ?HSRRRR
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