磁隧道结机理及其应用研究

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隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用

隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用摘要本文概述了隧道磁电阻（TMR）效应的技术原理，着重介绍了基于TMR 效应的传感器的工作原理和性能特性，分析了其存在的优势和不足，展望了TMR 技术在电力系统中的应用前景。

关键词隧道磁电阻效应；传感器；电力系统0引言传感测量技术贯穿了电力系统发电、输电、变电、配电、用电和调度等主要环节，是实现电力系统智能化的必要条件[1]。

传感器技术的进步与材料学中新发现密切相关。

隧道磁电阻效应是近年新发现的物理现象，本文主要讨论隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用。

1磁电阻效应1.1巨磁电阻效应图1 Fe/Cr多层膜电阻与磁场的关系磁电阻效应是指由磁场引起的材料电阻率发生变化的现象，其变化大小的比率称为磁电阻变化率，记为MR=Δρ/ρ(H)=[ρ(0)-ρ(H)]/ρ(H)。

大多数磁性金属都存在磁电阻效应效应，但MR值很小，一般低于3%，因此实用性较低。

1988年，科学家在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应(Giant MagnetoResistance Effect，GMR效应)（图1）。

GMR效应的MR值接近50%，因此很快实现工业应用并成为大容量硬盘制造的关键技术。

2007年发现GMR效应的两位科学家获得了诺贝尔物理奖[2]。

GMR技术已应用于多种磁敏传感器中，但由于层间交换耦合导致饱和磁场较高，影响了基于GMR技术的传感器的敏感度。

1.2 隧道磁电阻效应随着GMR效应研究的深入，在铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层类型磁性隧道结（Magnetic Tunnel Junction，MTJ）（图2）中发现了隧道磁电阻效应（Tunnel MagnetoResistance Effect，TMR效应），其MR值可以达到400%。

ＴＭＲ效应来源于电子自旋相关的隧穿效应，即当两铁磁层平行时，一个磁性层中的多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大，磁性隧道结为低阻态；若两磁性层反平行时，一个磁性层中的多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，而少数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，这种状态的隧穿电流比较小，是高阻态。

隧道效应及其应用

隧道效应及其应用隧道效应是指电荷穿过微小通道时，隧道效应波在均匀媒质中传播，并在微小距离内消失，也就是说，将一种粒子注入到一个势垒中时，隧道效应将允许这种粒子到过势垒。

在材料科学技术中，隧道效应有着广泛的应用。

例如，金属-绝缘体-金属隧道结是一种重要的电子器件。

它在纳米电子学、超导电子学、晶体管和以太网协议等多种领域得到广泛应用。

本文将探讨隧道效应的相关知识和其应用。

一、隧道效应的基础知识隧道效应是一种量子力学现象，是发生在纳米尺度下的粒子动力学现象。

在典型的隧道效应过程中，电子“透过”屏障，而非越过屏障。

隧道效应中的关键因素是隧道势垒的高度和宽度，这是隧道效应发生的必要条件。

隧道效应是由卡尔·波普尔（Karl Popper）首先提出的，通过用微波照射大约10mm范围内的铍结构，波普尔和一组研究人员成功地验证了隧道效应假说。

事实上，隧道效应已经成为科学研究的基础，作为微电子器件的设计和制造过程中重要的一环。

二、金属-绝缘体-金属隧道结的应用金属-绝缘体-金属（MIM）隧道结是一种电子器件，其制备工艺为将绝缘层夹在两层金属层之间。

这种器件的应用可追溯到20世纪70年代，当时Dr. James Francis Gibbons将其应用于元越隧道效应（ESD）测量。

十年后，MIM隧道结被首次用于超导磁通量量子位的变化探测器。

现在，MIM隧道结被广泛运用于各种电子器件，包括晶体管、存储器、逻辑门和模拟单元。

这些器件源自于MIM隧道结具有优秀的诸如电流电压特性和噪声特性的性质。

三、隧道效应在半导体行业的应用半导体行业中，隧道效应在器件的制造和测试过程中具有重要的作用。

隧道效应被用作某些器件的基础结构，这些器件包括MOSFET、BIT、TET和BJT等。

在制造这些器件时，隧道效应被用作材料特性的测定和校准。

此外，隧道效应还被用于各种类型的测量，包括光子计数、电子自旋共振（ESR）、电子电感（ELI）测量等。

隧道磁电阻效应的物理原理

隧道磁电阻效应的物理原理隧道磁电阻（TMR）效应是一种特殊的磁电阻效应，它在隧穿结构中的两个磁性电极之间测量电流时观察到。

隧道磁电阻现象的发现和物理机制的解释对信息存储和传输领域具有重要意义。

隧道磁电阻效应的物理原理可以通过平行磁化的自旋极化电流通过两个磁性电极之间的绝缘材料而实现。

当两个磁电极的磁化方向相同时，电流可以通过绝缘材料，而当两个磁电极的磁化方向相反时，电流是隧穿的。

这种自旋极化电流随磁化方向的改变而改变，导致隧道磁电阻的变化。

隧道磁电阻效应的物理机制涉及到自旋极化和量子力学隧穿的原理。

自旋极化是指在磁场中自旋向上和向下的态分别具有不同的自旋密度。

在隧穿过程中，电子经过绝缘层，其自旋会沿着磁化方向来决定穿越壁的概率。

自旋向上的电子能够减小自旋向下的散射态，因此在磁化方向相同的情况下，电子更容易穿过绝缘层。

而当磁化方向相反时，电子更容易被散射，穿越壁的概率减小，从而导致电流的减小。

此外，该效应的物理机制还涉及到量子力学的隧穿效应。

隧穿是指粒子在经典力学下无法达到的能量大于势垒的区域，但在量子力学描述下，存在一定的概率穿越势垒。

绝缘层实际上形成了一个能垒，电子需要具有足够的能量才能穿过。

但是，由于磁电极的自旋极化导致了势垒的高度发生变化，因此穿越概率也发生改变。

这种自旋诱导的调控使得电流通过绝缘层的变化变得可能。

综上所述，隧道磁电阻效应的物理原理可以归结为两个方面。

首先，自旋极化使得磁化方向相同的电流更容易通过隧穿结构，而磁化方向相反的电流更容易被散射。

其次，量子力学的隧穿效应使得自旋调控下的隧道磁电阻变得可能。

这种物理原理的理解对于设计和优化隧道磁电阻器件具有重要意义，同时也为开发相关的应用提供了基础。

自旋力矩铁磁共振的应用及机理研究

自旋力矩铁磁共振的应用及机理研究自旋力矩铁磁共振的应用及机理研究自旋力矩铁磁共振（spin-torque ferromagnetic resonance, ST-FMR）是一种基于磁性材料中自旋转矩相互作用的现象。

它被广泛应用于磁性存储器、自旋电子器件等领域，为实现高性能、低能耗的设备提供了新思路。

自旋力矩铁磁共振基于自旋转矩的反转运动，其机理是自旋之间的相互作用。

在自旋转矩系统中，自旋力矩可以通过自旋－角动量相互作用和自旋－自旋相互作用实现。

在外加磁场作用下，自旋力矩发生预向性翻转，这种翻转可以通过磁化动力学的引入得到刺激，即自旋力矩铁磁共振。

自旋力矩铁磁共振的应用涵盖了许多领域。

在磁性存储器中，自旋力矩铁磁共振可以实现高密度的信息存储和读写。

与传统存储器相比，自旋力矩铁磁共振具有更快的速度和更低的功耗，可以提高存储器的性能。

在自旋电子器件中，自旋力矩铁磁共振可以用于实现磁性隧道结封装的磁阻效应。

这种磁阻效应可以用来传输和操作自旋信息。

另外，自旋力矩铁磁共振还可以应用于自旋霍尔效应、自旋传输和自旋操控等领域。

自旋力矩铁磁共振的实现和应用涉及到多个方面。

首先，必须有合适的材料作为磁性层，能够实现自旋力矩的翻转。

磁性层通常由过渡金属（如铁、镍等）和过渡金属与稀土元素的合金组成，通过合适的厚度和结构设计可调控自旋力矩的翻转速度。

其次，外加磁场和电流是实现自旋力矩铁磁共振的关键。

外加磁场可以产生磁化动力学力矩，促使自旋力矩的翻转。

电流通过自旋极化效应影响自旋力矩的翻转和能量耗散。

最后，需要适当的封装和探测技术来实现自旋力矩铁磁共振的观测和控制。

常用的封装技术有磁性隧道结封装、自旋霍尔效应等。

探测技术主要通过电阻和信号传感器来实现。

近年来，自旋力矩铁磁共振已成为磁存储和自旋电子学领域的研究热点。

研究者们通过改进材料性质、优化器件结构和引入新的物理机制，不断提高自旋力矩铁磁共振的效率和稳定性。

在此基础上，已经成功实现了自旋力矩铁磁共振的高速读写存储器、低功耗磁性逻辑器件等。

隧道磁阻技术(TMR)及其应用简介

隧道磁阻技术（TMR）及其应用简介一、概述1、磁阻概念：材料的电阻会因外加磁场而增加或减少，电阻的变化量称为磁阻（Magnetoresistance）。

物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。

同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。

从一般磁阻开始，磁阻发展经历了巨磁阻（GMR）、庞磁阻（CMR）、异向磁阻（AMR）、穿隧磁阻（TMR）、直冲磁阻（BMR）和异常磁阻（EMR）。

2、磁阻应用：磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。

磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域得到广泛应用，如数字式罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞检别、位置测量等。

3、穿隧磁阻效应（TMR）：穿隧磁阻效应是指在铁磁-绝缘体薄膜(约1纳米)-铁磁材料中，其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。

TMR 效应由于具有磁电阻效应大、磁场灵敏度高等独特优势，从而展示出十分诱人的应用前景。

二、穿隧磁阻效应（TMR）的物理简释从经典物理学观点看来，铁磁层（F1）+绝缘层（I）+铁磁层（F2）的三明治结构根本无法实现电子在磁层中的穿通，而量子力学却可以完美解释这一现象。

当两层铁磁层的磁化方向互相平行，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大，此时器件为低阻状态；当两层的磁铁层的磁化方向反平行，情况则刚好相反，即多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，而少数自旋子带的电子也进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，此时隧穿电流较小，器件为高阻状态。

可以看出，隧道电流和隧道电阻依赖于两个铁磁层磁化强度的相对取向，当磁化方向发生变化时，隧穿电阻发生变化，因此称为隧道磁电阻效应。

图1 TMR磁化方向平行和反平行时的双电流模型TMR效应的产生机理和特点在铁磁材料中, 由于量子力学交换作用, 铁磁金属的3d轨道局域电子能带发生劈裂, 使费米( Ferm i)面附近自旋向上和向下的电子具有不同的能态密度。

《2024年垂直磁各向异性隧道结中磁矩翻转机理的综合研究》范文

《垂直磁各向异性隧道结中磁矩翻转机理的综合研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，垂直磁各向异性隧道结（Perpendicular Magnetic Anisotropy Tunneling Junctions，PMA-TJs）在信息存储和数据处理领域的应用越来越广泛。

其核心的物理机制在于磁矩的翻转过程，即从一种稳定状态切换到另一种稳定状态。

这一过程涉及到了材料科学、物理、化学等多个领域的知识。

本文旨在综合研究垂直磁各各向异性隧道结中磁矩翻转的机理，为相关研究提供理论依据和实验参考。

二、垂直磁各向异性隧道结的基本原理垂直磁各向异性隧道结是一种特殊的磁性材料结构，其磁矩方向主要沿着与表面垂直的方向。

其基本原理是：在外加磁场的作用下，通过调整材料内部的电子结构，使得磁矩从原来的状态翻转到新的状态。

在这个过程中，涉及到材料内部的电子、原子和分子的相互作用。

三、磁矩翻转的机理磁矩的翻转是一个复杂的过程，涉及到许多物理机制。

本文将重点从以下几个方面进行综合研究：1. 磁场诱导的磁矩翻转：当外加磁场足够强时，可以克服材料的内禀磁性，使磁矩发生翻转。

这一过程涉及到磁场与材料内部电子的自旋、轨道角动量等之间的相互作用。

2. 热诱导的磁矩翻转：随着温度的升高，材料的热运动加剧，使得磁矩的翻转变得更加容易。

这一过程涉及到材料内部的热力学性质和动力学过程。

3. 电流诱导的磁矩翻转：通过在隧道结中施加电流，可以改变材料的电子结构，从而诱导磁矩的翻转。

这一过程涉及到电流与材料内部电子的相互作用。

4. 交换偏置效应：在某些情况下，由于界面处的交换耦合作用，使得磁矩的翻转受到额外的限制或驱动。

这种效应涉及到界面处原子或分子的相互作用。

四、实验研究及分析为了深入研究垂直磁各向异性隧道结中磁矩的翻转机理，我们进行了一系列实验研究。

通过改变外加磁场、温度和电流等参数，观察和分析磁矩的翻转过程。

实验结果表明：1. 在较低的外加磁场下，磁场诱导的磁矩翻转占主导地位。

巨磁阻效应的原理及应用

巨磁阻效应的原理及应用1. 引言巨磁阻效应（Giant Magneto Resistance，简称GMR）是一种材料特性，是指在外加磁场下，材料电阻发生大幅度变化的现象。

由于其在信息存储、传感器等领域具有广泛的应用，因此对其原理及应用进行深入研究和了解具有重要意义。

2. 巨磁阻效应的原理巨磁阻效应源于磁性多层结构材料中的自旋阻尼效应和磁性交换效应。

当多层结构材料中的两个磁性层之间被非磁性层隔开时，自旋极化电流通过这些层会引起阻尼之间的传递，导致电阻发生变化。

巨磁阻效应的原理可以用以下几点进行解释：•磁性多层结构：采用多层薄膜结构，其中包含不同磁性层和非磁性层。

•自旋极化电流：施加自旋极化电流时，电子的自旋会对电子传输产生影响。

•自旋阻尼效应：自旋极化电流通过磁性层时，会与该层磁矩发生相互作用，引起自旋的阻尼。

•磁性交换效应：自旋极化电流引起的自旋阻尼会与相邻磁性层之间的磁性交换作用产生耦合，导致电阻变化。

3. 巨磁阻效应的应用3.1 磁存储器巨磁阻效应在磁存储器中有广泛应用。

磁存储器利用外加磁场的变化，改变磁性多层结构材料中的电阻，从而存储和读取信息。

巨磁阻效应的高灵敏度和可控性，使得磁存储器具有更高的容量和更快的速度。

3.2 磁传感器巨磁阻效应也可以应用于磁传感器中。

磁传感器利用材料的电阻变化来感应磁场的变化。

巨磁阻传感器具有高灵敏度、宽工作范围和低功耗的特点，广泛应用于磁测量、地磁导航和磁生物学等领域。

3.3 磁电阻头巨磁阻效应还可以用于磁电阻头的制造。

磁电阻头是读取硬盘驱动器中存储信息的装置，利用材料电阻的变化来感知磁场中的数据。

巨磁阻效应的高灵敏度和稳定性，使得其在磁电阻头中有广泛的应用。

3.4 其他应用领域除了上述应用领域，巨磁阻效应还可应用于磁生物学、磁传导等领域。

例如，巨磁阻效应可以用于生物传感器中，实现对生物磁场的检测和分析。

此外，巨磁阻效应还可以用于磁传导器件中，实现磁传导的控制和调节。

磁隧道结

图2
磁隧道结的制备和性质测量

为了使两个铁磁层的磁化强度能够平行或反平行排列 , 可以采用如下方法 : (1)沉积钉扎层；(2)沉积 MnFe等反铁磁藕合层；(3)两个铁磁层分别选用矫顽力不同的材料 , 如 CoFe和 NiFe；(4)通过控制制备条件使铁磁层具有不同的矫顽力。测量隧道结的输运特性需采用电流垂直膜面 (CPP)方式。因此隧道结的制备常采用两种特别技术 , 一是光刻，另一种是原位掩膜。光刻的优点是结的数目和尺寸比较容易控制 , 但制备过程较复杂。
应用和展望

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2015年9月15日
结构简介
磁隧道结（MTJs）
在两块铁磁薄片之间夹一层厚度约为0.1nm的极薄绝缘层，构成所谓的结元件。
磁电阻效应TMR
在铁磁材料中，由于量子力学交换作用，铁磁金属的 3d轨道局域电子能带发生劈裂，使费米(Fermi)面附近自旋向上和向下的电子具有不同的能态密度。在 MTJs中，TMR效应的产生机理是自旋相关的隧穿效应。MTJs 的一般结构为铁磁层 /非磁绝缘层 /铁磁层(FM/I/FM) 的三明治结构。饱和磁化时，两铁磁层的磁化方向互相平行，而通常两铁磁层的矫顽力不同，因此反向磁化时，矫顽力小的铁磁层磁化矢量首先翻转，使得两铁磁层的磁化方向变成反平行。电子从一个磁性层隧穿到另一个磁性层的隧穿几率与两磁性层的磁化方向有关。
图1
如图1所示,若两层磁化方向互相平行，则在一个磁性层中，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大；若两磁性层的磁化方向反平行，情况则刚好相反，即在一个磁性层中，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态, 而少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态,这种状态的隧穿电流比较小。因此,隧穿电导随着两铁磁层磁化方向的改变而变化，磁化矢量平行时的电导高于反平行时的电导。

磁流体密封技术的发展及应用综述

磁流体密封技术的发展及应用综述1磁流体磁流体也称磁液或铁磁流体(英文为MagneticFluid或Ferrofluid),它是将铁磁性纳米微粒掺入到载液中,并用表面活性分散剂使其均匀地分散到载液中,从而形成的一种固液相混的悬浮状的胶体。

磁流体具有以下特点:①在磁场的作用下,磁化强度随外加磁场的增加而增加,直至饱和,而外磁场去除以后又无任何磁滞现象,磁场对磁流体的作用力表现为体积力。

②与一般纳米粒子相同,具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。

③具有液体的流动性,在通常的离心力和磁场的作用下,既不沉降,也不凝集。

磁流体是一种在工程技术甚至生物医学领域具有广泛用途的高科技材料。

20世纪60年代中期,美国首先成功用于解决宇航服可动部分的真空密封以及在失重状态下宇宙飞船液体燃料的固定问题。

此后磁流体技术逐渐被人们所认识,其研究应用一直是世界各国十分关注的前沿课题,我国科研工作者经过数年的潜心研究,于1997年生产出首批产品。

目前国际上仅美、中、俄、日等少数国家能够生产。

磁流体结构模型及实物图如图1所示,磁流体组分材料概况如表1所示。

2磁流体密封磁流体密封是利用在外加磁场作用下磁流体具有承受压力差的能力而实现的密封。

其基本原理如图2所示,磁性回路由永久磁铁、极靴和转轴组成。

放置在导磁性良好的转轴与极靴顶部之间的制作精良的磁流体在高性能的永久磁铁产生的磁场作用下高度集中,形成一个液体○型密封圈,当磁流体受到压力差作用时,磁流体在非均匀磁场中略微移动,产生了对抗压力差的磁力,从而达到新的平衡,进而将转轴与极靴间的缝隙堵死而达到密封的目的。

磁流体密封中的转轴可以是磁性体,也可以是非磁性体。

前者的磁束集中于转轴与极靴间的缝隙处,86《润滑与密封》通过转轴构成磁性回路;后者的磁束并不通过转轴,而是通过缝隙中的磁流体构成磁性回路。

图2所示的磁流体单磁铁双极靴密封结构的耐压能力差(小于0·1MPa),所以实践中大量采用的是多磁铁多极靴结构,如图3所示。

TMR传感器的原理和特性以及其应用解析

TMR传感器的原理和特性以及其应用解析在美国拉斯维加斯举办的全球最大电子产品展览会“2018年消费类电子产品展销会（CES 2018）”的TDK和AKM的展台上发布了一款高精度3轴磁力计。

该磁力计将TDK公司开发的高度灵敏的隧道磁阻（TMR）元件与AKM公司设计的先进电子罗盘ASIC组合到一个小型LGA 11针封装内。

该新型TMR磁力计附在一块芯片上，微型尺寸仅为1.6毫米x 1.6毫米x 0.6毫米，而其特点是具有业内最低的RMS噪音，仅为40 nT-rms，且在在输出数据速率为100Hz时, 电流消耗亦非常低，仅为40 µA。

由于具有10 nT/LSB（最低有效位）的高灵敏度，该磁传感器可以非常精确地检测磁场内细小变化，从而能够在地球磁场或磁场发生器的帮助下高度准确地探测位置和方位。

这些独一无二的特点使得TMR磁力计适用于紧凑型电子设备上，例如：智能手机、平板电脑、游戏机控制器和各种各样的可穿戴设备，以及需要位置和方位精度高的其他应用，例如：虚拟现实、增强现实或混合现实（VR、AR和MR）或室内导航。

磁传感器磁传感器是种类繁多的传感器中的一种，它能够感知与磁现象有关的物理量的变化，并将其转变为电信号进行检测，从而直接或间接地探测磁场大小、方向、位移、角度、电流等物理信息，广泛应用于信息、电机、电力电子、能源管理、汽车、磁信息读写、工业自动控制及生物医学等领域。

随着科技进步和信息技术的发展，人们对磁传感器的尺寸、灵敏度、热稳定性及功耗等提出了越来越高的要求。

广泛应用的磁传感器主要是基于电磁感应原理、霍尔效应及磁电阻效应等。

其中基于磁电阻效应的传感器由于其高灵敏度、小体积、低功耗及易集成等特点正在取代传统的磁传感器。

目前市场上主要的磁传感器芯片是基于霍尔效应、各向异性磁电阻(AMR)和巨磁电阻(GMR)效应而开发的，而由于TMR磁传感器芯片拥有的小型化、低成本、低功耗、高度。

MgO单晶势垒磁性隧道结的第一性原理计算和实验研究_王琰

第29卷第4期　2009年12月物　理　学　进　展PRO GRESS IN P H YSICS Vol.29No.4　Dec.2009　文章编号:100020542(2009)0420375217收稿日期:2009200200基金项目:“国家重点基础研究发展计划资助”(项目批准号:2006CB932200和2009CB929203)、国家自然科学基金(批准号:10934099,50928101,50972163)和中国科学院知识创新工程项目课题以及王宽诚基金资助项目;本文的部分工作是在美国橡树岭国家实验室CNMS 中心资助下完成MgO 单晶势垒磁性隧道结的第一性原理计算和实验研究王　琰1,张　佳1,张晓光2,王守国1,韩秀峰13(1中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室北京100190)(2美国橡树岭国家实验室CNMS 中心田纳西州3783126164)摘要:　在MgO 单晶势垒磁性隧道结中发现的室温高隧穿磁电阻现象,是近些年自旋电子学以及磁性隧道结磁电阻材料研究中的又一重大突破。

本文主要评述和介绍2001年以来MgO 单晶势垒磁性隧道结第一性原理计算和实验上的重要进展,以及介绍利用Layer 2KKR 第一性原理计算方法研究的Fe (001)/MgO/Fe 、Fe (001)/FeO/MgO/Fe 、Fe (001)/Mg/MgO/Fe 、Fe (001)/Co/MgO/Co/Fe 和Fe (001)/MgO/Fe/MgO/Fe 等基于单晶MgO (001)单势垒及双势垒磁性隧道结材料的电子结构和自旋相关输运性质研究的最新进展。

这些第一性原理定量计算的结果,不仅从物理上增强了对MgO 单晶势垒磁性隧道结的电子结构和自旋相关输运特性的了解,而且对于研究新型室温磁电阻隧道结材料及其在自旋电子学器件中的广泛应用,具有一定的参考价值。

关键词:自旋电子学,磁性隧道结(M TJ ),隧穿磁电阻(TMR ),MgO (001)单晶势垒,第一性原理计算中图分类号:O48　文献标识码:A0　引言自旋电子学及其新型磁电阻材料的探索、物理性质研究和器件设计应用,是近20年国际上凝聚态物理学的研究热点之一。

隧穿磁阻效应

隧穿磁阻效应隧穿磁阻效应是固态电子学和纳米电子学研究中一项非常重要的现象。

这一效应是指在具有磁特性材料之间或者磁性电极与非磁性电极之间，电子隧穿过薄的介质隔层时，由于磁场的影响，隧穿电阻的大小会发生一定的变化。

下面就隧穿磁阻效应详细解析一下。

隧穿磁阻效应的基本原理是量子隧道效应。

量子隧道效应是指电子克服障碍物进入具有能隙的区域的现象。

当电子的波长与隙缝的宽度相当时，就会发生隧道效应。

如果介质的厚度非常薄，电子就可以通过隧道效应穿过介质。

另外，当介质中含有铁、镍、钴等元素时，字带禁带的变化会导致在这些材料中电子状态的变化，进而会改变介质中的电子排布。

这一过程就被称为磁性隧穿。

磁性隧穿发生时，由于电子的自旋分裂和电子的自旋与磁矩的相互作用，从而导致磁化方向的改变，即静磁场中的强度大小会导致隧穿电子的磁化方向发生改变。

隧穿磁阻的测量方法通常是通过制备样品，在样品上形成不同的电极，并测量通过不同极之间的隧穿电流，最后根据电流大小和电压得到电阻大小。

就可以通过电阻的变化测量出隧穿磁阻效应的大小。

量子磁阻基于量子隧穿效应，磁阻率的变化保存在材料介质中。

隧穿磁阻效应的应用领域主要是纳米电子技术领域。

在纳米电子元件中常常广泛使用磁性材料。

例如，由于隧穿磁阻效应的存在，磁性材料可以被用来制造高悬臂测量、磁性随机存储器（MRAM）等电子器件。

这些器件具有许多比传统电子元件更好的性能，如更快的操作速度、更低的功耗和更大的存储容量等。

隧穿磁阻效应的研究不仅有理论上的意义，而且具有重要的应用价值。

在应用纳米电子器件时，研究隧穿磁阻的大小对制造高性能电子器件非常重要。

未来，隧穿磁阻效应可能还会在其他领域有所应用。

简述磁阻效应的原理及应用

简述磁阻效应的原理及应用1. 什么是磁阻效应？磁阻效应是指材料在外加磁场的作用下，其电阻发生变化的现象。

具体来说，当材料被置于磁场中时，其电阻会随着磁场的改变而发生变化。

这种电阻变化可以是正比例的，也可以是非线性的。

2. 磁阻效应的原理磁阻效应的原理基于磁场对电子运动的影响。

在普通金属中，电子在受到磁场作用时会发生偏转，导致电子运动路径变长，从而增加了电阻。

而在磁隧道结构中，通过控制磁场，可以改变电子自旋方向，并且使得电子能够“隧道”穿过势垒，从而降低材料的电阻。

具体来说，磁阻效应的原理可以用以下方程表示：$$R = \\rho \\cdot \\frac{L}{A}$$其中，R是电阻，ρ是电阻率，L是电阻材料的长度，A是电阻材料的横截面积。

磁阻效应则可以通过改变电阻率、长度或横截面积来实现。

3. 磁阻效应的应用磁阻效应在许多领域都有广泛的应用。

以下是一些常见的应用：3.1 磁阻传感器磁阻传感器是利用磁阻效应来测量磁场的传感器。

它们可以用于测量磁场的大小和方向，并广泛应用于导航、自动控制、磁记录等领域。

磁阻传感器的优点是尺寸小、重量轻、功耗低，同时具有较高的灵敏度和分辨率。

3.2 磁存储器磁存储器是一种利用磁阻效应来实现信息存储和读取的设备。

它们可以根据磁场的强弱来表示二进制数据的0和1，并通过读取磁阻值来恢复存储的数据。

磁存储器广泛应用于计算机硬盘、磁带、磁卡等设备中，具有高密度存储、容量大、读写速度快等优点。

3.3 磁阻隧道结构（MTJ）磁阻隧道结构是一种利用磁阻效应来实现信息存储和计算的器件。

它由两个磁性层之间夹带一个绝缘层组成，通过控制磁场可以改变磁性层之间的电阻值，从而实现信息的存储和计算。

磁阻隧道结构可用于磁性存储器、磁性传感器、磁性逻辑门等领域。

3.4 磁阻效应的其他应用除上述应用外，磁阻效应还在其他领域有着重要的应用：•磁阻效应用于车辆制动系统中的刹车控制，提高刹车系统的性能和安全性。

磁性隧道结的隧穿磁电阻效应及其研究进展

磁性隧道结的隧穿磁电阻效应及其研究进展前沿进展磁性隧道结的隧穿磁电阻效应及其研究进展李彦波--魏福林4--杨-正（兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室-磁性材料研究所-兰州-5.1111）!摘-要--文章概括地介绍了磁性隧道结（6789）的隧穿磁电阻（76:）效应的产生机理和特点，主要用途和研究背景以及最近几年的研究进展和现状&对用;(0?@AB）型6789的问题和不足，以及新兴的赝自旋阀（CAB）型6789的优势&文章最后总结了用于6789的各种铁磁层和绝缘势垒层材料，并对76:材料今后的研究和开发作了展望&关键词--凝聚态物理学，隧穿磁电阻（76:），综述，磁性隧道结（6789），交换偏置自旋阀（>?@AB），赝自旋阀（CAB）!"##$%%&#’()’#$*+,$-&-*)#.$$//$.*-+/()’#$*&.*"##$%0"#.*&+#-DEF*,@?G--H>EI’@D),4--F;JK-L!M,=（!"#$%&’(%)’(#*’(+%,-")./0%-1+%,-").2+%)"(.%3/’*)4"+.-./)(#’*5162%).’-，7"/"%(248-/).)6)"’*+%,-").2+%)"(.%3/，$%-94’6:-.;"(/.)#，$%-94’65.1111，12-*,).*337!MNM+!*,)9N，+!*O*+"MO)9")+9，#O)N*OP*##()+*")G,9，Q*+R=OG’,S，*,S(*"M9"OM9M*O+!G,"!M"’,@,M((),=N*=,M"GOM9)9"*,+MMTTM+"9GTN*=,M")+"’,,M(U’,+")G,9（6789）*OMOMV)M%MS&W)TTMOM,""P#M9GTU’,+")G,9%)"!;(04$56+,7-33+G,SM,9MSN*""MO#!P9)+9，"’,,M((),=N*=,M"GOM9)9"*,+M，OMV)M%，N*=,M")+"’,,M(U’,+")G,9，MX@+!*,=M@Q)*9MS9#),@V*(VM，#9M’SG@9#),@V*(VM 系IMO"教授领导的科研组中工作时，首先在IM_^OZ-引言磁电阻（6:）效应是指在外磁场的作用下，材料的电阻率发生变化的一种物理现象&磁电阻值与饱和磁场强度的比值称为磁场灵敏度&磁电阻效应及其材料一直是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一&［Z］早在Z25[年，8’(()MOM就在^G_KM_IM基磁性多层膜中发现了巨磁电阻（K6:）效应&76:效应和K6:效应的发现导致了凝聚态物理学中新的学科分支———磁电子学的产生&01年来，K6:效应的研究发展非常迅速，并且基础研究和应用研究几乎齐头并进，已成为基础研究快速转化为商业应用的国际典范&随着K6:效应研究的深入，76:效应开始引起人们的重视&金属多层膜尽管可以产生很高的K6:值，但强!-兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室开放基金资助项目011/YZ1YZ/收到初稿，0112Y1ZY1[收到修改稿4-通讯联系人&>N*)(：%M)T(\(]’&MS’&+,隧道结（6789）中观察到了隧穿磁电阻（76:）效应&但是，这一发现当时并没有引起人们的重视&在这之后的十几年内，76:效应的研究进展十分缓慢&Z2//年，巴西学者?*)Q)+!・:98・［0］在法国巴黎大学物理!""#：$$%%%&%’()&*+&+,------------------物理・./卷（0112年）3期前沿进展的反铁磁耦合效应导致饱和场很高，磁场灵敏度很小，从而限制了456效应的实际应用-5789中两铁磁层间不存在或基本不存在层间耦合，只需要一个很小的外磁场即可将其中一个铁磁层的磁化方向反向，从而实现隧穿电阻的巨大变化，故5789较金属多层膜具有高得多的磁场灵敏度-同时，5789这种结构本身电阻率很高、能耗小、性能稳定，因此，5789无论是作为读出磁头、各类传感器，还是作为磁随机存储器（56:5），都具有无与伦比的优点，其应用前景十分看好，引起世界各研究小组的高度重视-于反平行时的电导-通过施加外磁场可以改变两铁磁层的磁化方向，从而使得隧穿电阻发生变化，导致756效应的出现-5789中两铁磁层电极的自旋极化率定义为!"#+$#,，#+%#,（B）式中#+和#,分别为铁磁金属费米面处自旋向上和自旋向下电子的态密度-［B］由8.//0=>=模型可以得到756值"或者756值"$!B!$&$&C!&":"，（$）&:&:B%!B!$$!B!$&:$&C!&""，（"）&C&CB$!B!$$!756效应的产生机理和特点在铁磁材料中，由于量子力学交换作用，铁磁金属的";轨道局域电子能带发生劈裂，使费米（?0）面附近自旋向上和向下的电子具有不同的能态密度-在5789中，756效应的产生机理是自旋相关的隧穿效应-5789的一般结构为铁磁层@非磁绝缘层@铁磁层（［"］穿几率与两磁性层的磁化方向有关-如图B所示，&:分别为两铁磁层磁化方向平行和反平式中&C、!B，!$分别为两铁磁层电极的自行时的隧穿电阻，旋极化率-显然，如果!B和!$均不为零，则5789中存在756效应，且两铁磁层电极的自旋极化率越大，756值也越高-在文献报道中，不同的学者对756值的定义不同，有的学者采用（$）式的定义，但最近几年，大部式的定义-分学者都采用（"）"!756效应的应用756效应由于具有磁电阻效应大、磁场灵敏度高等独特优势，从而展示出十分诱人的应用前景-概括来说，756材料主要用于计算机硬盘的读出磁56:5和各类磁传感器-头、目前，高密度、大容量和小型化已成为计算机存储的必然趋势-上世纪&%年代初，磁电阻型读出磁头在硬磁盘驱动器中的应用，大大促进了硬磁盘驱动器性能的提高，使其面记录密度达到了4D@03$的量级-十几年来，磁电阻磁头已从当初的各向异性磁电阻磁头发展到456磁头和756磁头-756磁头材料的主要优点是磁电阻比和磁场灵敏度均高于456磁头，而且其几何结构属于电流垂直于膜面（ECC）型，适合于超薄的缝隙间隔-基于756效应制作的56:5具有集成度高、非易失性、读写速度快、可重复读写次数大、抗辐射能力强、功耗低和寿命长等优点，它既可以做计算机与的内存储器，也可以做外存储器-作为内存储器，市场上通用的半导体内存储器相比，它的优点是非易失性、存取速度快、抗辐射能力强；作为外存储器，若两层磁化方向互相平行，则在一个磁性层中，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，总的隧穿电流较大；若两磁性层的磁化方向反平行，情况则刚好相反，即在一个磁性层中，多数自旋子带的电子将进入另一磁性层中少数自旋子带的空态，而少数自旋子带的电子也将进入另一磁性层中多数自旋子带的空态，这种状态的隧穿电流比较小-因此，隧穿电导随着两铁磁层磁化方向的改变而变化，磁化矢量平行时的电导高图B!756效应的产生机理示意图!物理・"#卷（$%%&年）’期!!!!!!!!!!!!!())*：++,,,-,./0-12-23・#"!・前沿进展它比4(*5!存储器存取速度快6111倍，而且功耗小，寿命长&与硬磁盘相比，它的优势是无运动部件，使用起来与4(*5!存储器一样方便&789材料还可以做成各种高灵敏度磁传感器，用于检测微弱磁场和对微弱磁场信号进行传感&由于此类传感器体积小，可靠性高，响应范围宽，在自动化技术、家用电器、商标识别、卫星定位、导航系统以及精密测量技术方面具有广阔的应用前景&进展缓慢，获得的789值也很低&622;年，8)=*>*?)［60，6.］等发现4@AB(0C.A4@基87值高达6/D，低温下为.1D，磁场灵敏度为/DAC@，从此揭开了789效应研究史上新的一页&在此之后的几年内，世界各个研究小组开始集中研究用B(0C.做绝缘势垒层的隧道结&622;—0111年期间，87［6I］G*,H等发现，J*1&3IKL1&..8,C.AKL7)C.AJ*1&3IKL1&..:-789材料的研究背景［6，:，;—02］由表6可以看出，由于受制备条件的限8,C.基87［6/］61月，N(*""等在4@AOPC0AQF基87了9效应，温度为.1M时的789值为.6D&［06］78622I年2月，K*"F等首次处理对789效研究制，从发现一直到622;年，87表6-87年・月62I;62/062/I[**************].622:622;622;622;6223&:6223&I6223&26223&61622I&:62 2I&:622I&2622/&3622/&616222&66222&20191&6011101110111&66隧道结4@AG@AQFR)AR)CAR)R)AR)CAQFR)AR)CA4@R)AR)CAQF4@SQAB(0C.A4@S9’/0R)S4@AB(SB(0C.AQFGTAGTC!A4@4@AGTC!A4@/0R)S4@AB(SB(0C.AQF/6R)4@A8HCAQF;14@QFAB(0C.AQF4@AB(0C.AQF 4@AB(0C.A4@QF4@AB(0C.AQFQF4@AB(0C.AQFQFAB(0C.AQF4@J*1&3IKL1&..8,C.AKL7)C.AJ*1&3IKL1&..8,C.4@AOPC0AQF/6R)S4@AB(SB(0C.AQF4@A8HCAQFQFAB(SB(C!AQFQFAB(SB(0C.AQF4@QF4@AB(SB(0C.AQF4@QF4@AB(SB(0C.AQF4@QF/0 4@6/AB(SB(0C.AQF/04@6/QF/04@6/AB(SB(0C.AQF/04@6/QFI:4@03AB(SB(0C.AQFI:4@03QFI; 4@0;AB(SB(0C.AQFI;4@0;（066）4@AB(0C.A4@;1QF;1（661）4@AB(0C.A4@;1QF;1（611）4@AB(0C.A4@;1QF;132&6（:&0M）:0（0M）.0（0M）6.（0M）!789值AD低温6:（:&0M）1（6M）0（:&0M）6&1（0M）1&236&1.（IIM）;&3（:&0M）I&I（:&0M）;&1（:&0M）.（IIM）I&0（:&0M）/（:&0M）.1（:&0M）0:（:&0M）01（IIM）0;&3（:&0M）.0（IIM）/.（:&0M）.6（.1M）0001（IIM）0:!0:00&I.3&I!0I&.02:1!:6!:0!:2&I03!室温作者*%*等R*?*"*,)等8)=*>*?)等RF%*?等参考文献［6］［:］［;］［3］［I］［/］［2］［61］［66］［60，6.］［6:］［6;］［63］［6I］［6/］［62］［01］［06］［00］［0.］［0:］［0;］［03］［0I］［0/］［02］0&I0&I1&0..&.6/66&/6/6/U*F)等N(*5?@""等7@>’?*等8)=*>*?)等8FFT@L*等8FFT@L*等8FFT@L*等J’等N(*""等G*((*H!@L等N(*""等K*"F等K’,等KF’5*等K’,等Q*LTF5F等Q*LTF5F等M)?’+!)等O*,E)’VP@,H等U’*5*等------!表示经热处理后的789值・"!!・!""#：$$%%%&%’()&*+&+,------------------物理・./卷（0112年）3期前沿进展了热应的影响，发现用适当的温度进行退火处理有利于增大456值，并在经过"%%7热处理后的89:;/中，获得高达$?@的室温456值-［$’］81BC9>9等报道，经"%%7热处理后$%%%年A月，理后，其456值室温下高达$"%@，$%L时高达到$&?@，结面电阻（6;）值分别为?$%!"V$和??%!"V$，这使同时获得高456值和低6;值的54=>的研究向前跨跃了一大步-在用5J的研究取得突破的同时，用;/$的研究也［"#］取得了一定的进展-$%%?年K月，W13J等用溅的89DE:;/$的室温456值达［$#］?A@-同年F月，G13H0.IDE3J（韩秀峰）等将经过"%%7热处理后的89DE:;/$的室温456值提高到?&-K@，?-$L时达到’&-A@-［$&］同年AA月，M.1>1等在单晶5J射法制备的89DEN:;/$，经$F%7热处理后的室温456值达到了K%@-$%%K年?月，［"&］中国科学院物理研究所的韩秀峰等用溅射法制DE:;/$，发现铁电极层也是单晶膜，并且456具有各向异性-备的89DEN:;/$的室温456值达#A@，?-$L时达A%K@-这是目前用;/$中所能获得的最大456值-F!456材料最近几年的研究进展［"%，"A］$%%A年，N.)/EB和51)(93等通过第一性原’!456材料的研究现状［?%］$%%F年，89EU综合国际上的研究结果，对比理计算从理论上预言，外延生长的单晶DE（%%A）:5J的456值可能超过A%%%@-这是456材料研究进程中的一大理论突破，大大鼓舞了世界各个研究小组对456效应的进一步研究-用5J的新局［"$］面-$%%"年’月，D1.BEIO032E3)等用分子束外延了用;/$的研究进展情况-图$为各种绝缘势垒层的54=>的研究进展情况，可以明显看出，用;/$的456值远小于用5J的456值，不能满足实际应用的要求-方法制备的DE:5J的室温456值高达’K@，#%L时高达A%%@-$%%?年?月，M.1>1［""］等用分子束外延方法制备的单晶DE（%%A）:5J（%%A）:DE（%%A）基54=>的456值在室温下达到##@，$%L时达到A?’@-同年A%月，这一研究小［"?］组又将单晶DE（%%A）:5J54=>的室温456值提高到了A#%@-同年同月，［"F］P1BQ03等用溅射法制备的多晶89DE:5J和89DE:5J的456值在室温下分别达到A’#@和$$%@-与外延生长法相比，磁控溅射法制备样品简便易行，成本低-因此，用磁控溅射法制备室温下具有高456值的54=>有巨大的实际应用价值，并有望早日实现工业化批量生产-$%%?年AA月，R(13J和N.)/EB［"’］图$!各种绝缘势垒层的54=>的研究进展由于5J的456值明显高于用;/$-此外，用5J的热稳定性也比用;/$高-因此，目前大部分研究人员都将目光转向了用5J-［?A］$%%’年K月，M.1>1等用分子束外延方法制又通过第一性原理计算从理论上预言，S2289（A%%）:5J的456值将比DE（%%A）:5J大数倍-这是对456效应研究的又一次推进-［"K］$%%F年$月，T01U1*B1,0B1等用磁控溅射法备出单晶89（%%A）:5J，其・#"!・制备出89DEN:5J，经"’%7热处!物理・"#卷（$%%&年）’期!!!!!!!!!!!!!())*：++,,,-,./0-12-23前沿进展456值在室温下达到7819&这是目前通过外延方法制备54:;所能获得的最高室温456值，但与等［.1，.8］的预言值仍相差很大&同年同月，?==等［70，7.］用溅射法制备的@AB=54:;的室温456值达到了.389&在此之前，世界各个小组研究的都是传统的F邻的铁磁电极层和绝缘势垒层扩散［77，7J］，从而导致456值下降&对此，为了在实验中进一步提高退火温度，得到更高的456值，研究人员提出并研究了非钉扎的KHI型54:;&与F最近的实验研究结果也证实，在KHI型54:;中，进一步提高退火温度后，由于消除了5,原子的扩散，并且5DE绝缘势垒层能够形成更好的（811）取向的单晶，同时非晶@AB=011L年J月，?==等［73］用溅射法制备的@AB=&011/年/月，同一研究组的PQ=R*等［7L］又将溅射法制备的@AB=型54:;的室温456值提高到3179，温度为JM时的456值提高到88779&这是目前所有类型54:;中所能获得的最大456值，并且达到了和5*"!A,等［.1，.8］的理论预言值&除456值明显大于FKHI型54:;的缺点是，其硬磁层的稳定性低于F!"!・!""#：$$%%%&%’()&*+&+,---限制了KHI型54:;的应用范围&L-小结与展望获得456值高且其他性能优良的54:;有两个关键：一是寻找自旋极化率高的铁磁层材料；二是寻找优质的绝缘势垒层材料&从54:;的研究进程可以看出，铁磁层材料已经从最初的铁磁金属B=，@A，S)及其合金S)B=，B=@A发展到其他掺杂合金B=4*S［7/］，@AB=，@ABG=T>［72］，@AB=H)和高自旋极化率的半金属材料?*H>5,E［8L，J8—J.］［J8，J7，JJ］［J3］.，B=.E7，@AU5,UN(，@A［JL］@A［JL］［J/］，@A［J2］0B=H)，05,H)，@A05,V=0B=N(H)，@A@>B=N(［31］等，其织构也从外延单晶拓展到多晶和非晶态&值得一提的是，目前世界各个研究小组对半金属材料中的W=’;(=>合金研究也相对较多，并且获得了较高的456值&011L年，4=X’Q*等［J2］制备的@AB=N(H)CN(EC@AB=基54:;的室温456值达到L39，温度为7&0M时达到8139&同年，5*>’Q*O=等［31］制备的@A@>B=N(C5DEC@AB=基54:;室温456值达到8129，温度为7&0M时达到.8L9&这一数值与?==等［73，7L］获得的456值相比仍相差很大&综合目前的实验结果可知，最佳的铁磁层材料是@AB=由于54:;中的绝缘势垒层材料直接影响电子的隧穿行为，要改善54:;的性能就必须制备性能优良的绝缘势垒层材料，因此，有关绝缘势垒层材料的研究越来越引起人们的关注和重视&到目前为止，人们研究的绝缘势垒层材料包括氧化物、氮化物和半导体三类：氧化物除了常见的N(0E.和5DE外，还有S)E［01］，@AE［01］，WYE［8/，01］［01，38］30］0，4*E!，T>E［!，T>N(E ［3.］，WYN(E［37］［72］［3J］!!，4)N(E，ZE，H>G4)E［8L，J8—J.］［J.］等；氮化物有N(S［7/，33］.，@*4)E.；半导体有F’H［3L］，N(V*N;［3/］，T,H［32］，N(N;［L1］，T,H=［L8，L0］&用半导体做绝缘势垒层，可以有效地降低54:;的6N值，并使绝缘势垒层厚度不致于太薄而造成针孔等缺陷，从而有利于实现磁电阻器件的数据高速传输和噪音降低&此外，有的研究人员还在54:;的电极层和绝缘势垒层之间加入一层添加层，如B=T>合金［L.］，单晶@>（118）［L7］，有机物N([［LJ］.等来改善54:;的性能&就目前的实验结果来看，最佳的绝缘势垒层材料是5DE&虽然KHI型54:;的456值很高，热稳定性也--------------物理・./卷（0112年）3期・-前沿进展很好，但是其45值较高，仍然不能满足实际应用的要求-就用于计算机读磁头来说，要想使6789型的764读磁头在读取速率和噪声两方面均优于当前6789的45值则应低于的自旋阀型:64读磁头，==］;!"?@型6789的F&&’，’&：=%#［F=］!J.V，J0ZX，:N3A:[!"#$->(I9-4GP-D，F&&’，K;：4#"K=［F#］!>/1))\J，]0G3ID，DGHRN,0)Q5C-5**/->(I9-JG))-，F&&’，’&：$$&F［F&］!:1//1AGHX8，>1HR03??>，J.V!"#$-8-5**/->(I9-，F&&=，#F："=;F［$%］!>/1))\J，]0G3ID，DGHRN,0)Q5C-，8-5**/->(I9-，F&&=，#F（#）：KK$"［$F］!?1)N6，YNL1I19(0Y-UCCC7H139-61A3-，F&&=，""："KK"［$$］!?.388，?N.914\，:1/P1N77>!"#$-8-5**/->(I9-，F&&#，#"：’’［$"］!?N.914\，?.388，?N1HG9@!"#$-5**/->(I9-JG))-，F&&#，="："$##［$;］!?.388，?N1HG9@，OHG0)19>>-5**/->(I9-JG))-，F&&&，=;：;;#［$K］!\1HWN9N?，:G(133N@，OGHHG0H14!"#$-UCCC7H139-61A3-，F&&&，"K：$&K$［$’］!\1HWN9N?，OHG0)19>>，WG8G9.9\!"#$-5**/->(I9-JG))-，$%%%，=’：’F%［$=］!Y0R.2(0^，?1)N6，YNL1I19(0Y-8-5**/->(I9-，$%%%，#=（&）：’%KK［$#］!^13ZO，]10LN.7，Y1(I9-，$%%%，"&：J;"&［$&］!V.191?，?1)N7，71（"）：";;［"%］!61)(N38，T(I9-4GP-D，$%%F，’"：$$%;%"（4）!D.)/GHX^，‘(13AZ:，?2(./)(G997\->(I9-4GP-D，［"F］$%%F，’"：%K;;F’［"$］!O1.HGE@032G3)8，70.913\，8N.A.G/G)C!"#$-5**/->(I9-JG))-，$%%"，#$：;K%=［""］!V.191?，O.R.90(I9-，$%%;，;"：JK##［";］!V.191?，M1A1(1$%%;，"：#’#［"K］!>1HR03??>，Y109GH\，>132(./15!"#$-M1).HG61)GH01/9，$%%;，"：#’$［"’］!‘(13AZ:，D.)/GHX^->(I9-4GP-D，$%%;，=%：F=$;%=［"=］!]_1I1*H1,0H1]]，79.3GR1,1Y，M1A106!"#$-5**/->(I9-$%%K，#’：%&$K%$JG))-，［"#］!X13A]Z，MNHW［"&］!XG0^Z，[03[^，616，?(1H0S4，^13ZO-8-5**/->(I9-，$%%=，F%F：%&DK%F［;%］!\NGI6-M1).HG61)GH01/9，$%%K，;：&［;F］!V.191?，O.R.9(0(I9-JG))-，$%%’，#&：%;$K%K［;$］!URGW1?，^1I1R1,18，JGGV6!"#$-8-5**/->(I9-，$%%’，&&：%#5&%=［;"］!JGGV6，^1I1R1,18，URGW1?!"#$-5**/->(I9-JG))-，$%%’，#&：%;$K%’［;;］!^1I1R1,18，URGW1?，JGGV6!"#$-5**/->(I9-JG))-，$%%’，#&：$"$KF%［;K］!X13AV，‘G3A‘6，^13ZO!"#$->(I9-4GP-D，$%%=，=K：$F;;$;［;’］!JGGV6，^1I1R1,18，URGW1?!"#$-5**/->(I9-JG))-，$%%=，&%：$F$K%=［;=］!URGW1?，^1I1R1,18，59(0Q1,1V!"#$-5**/->(I9-JG))-，45值比这一数值仍然高出$个数量级-据文献报道［==，=#］，通过采用电阻率低的金属材料做衬底层和在铁磁层与6AB绝缘势垒层之间插入非常薄的6A层这两种方法，均可以有效地降低CDE?@型6789的45值，并且已经达到了实际应用的要求-借鉴相似的方法，很可能、也很有希望将>?@型6789的45值降低到数!"?@型6789材料的研究和开发有望成为实现这一目标的突破口-参考文献［F］!8.//0GHG6，>(I9-JG))-，F&=K，K;5：$$K［$］!D10L02(6M，DHN)N86，OGH)5!"#$->(I9-4GP-JG))-，F&##，’F：$;=$［"］!>H03Q:5-?20G32G，F&&#，$#$：F’’%［;］!61GR1,1?，:1SPGH)T-UCCC7H139-61A3-，F&#$，F#：=%=［K］!?.GQ1,1V，:N3WNV->HN2GGW03A9NS)(GU3)GH31)0N31/?I.(I9029NS61A3G)0261)GH01/9（?G3W10）-?03A1*NHG：XNH/W?20G3)0S02，F&#=-"%"；?.GQ1,1V，:N3WNV-8-61A3-61A3-61)GH-，F&&"，F$’：K$;［’］!M1R1)1304，Y0)1W16-5L9)H12)9NS)(G81*13U39)0).)GNS6G)E1/9，F&&%，"；M1R1)1304，Y0)1W16-8-61)GH-?20-JG))-，F&&F，F%：#$=［=］!60I1Q1R07，V1N07，U9(0N?-8-61A3-61A3-61)GH-，F&&F，&#：J=［#］!MN,1R8，41./.9QR0G,02Q8-8-61A3-61A3-61)GH-，F&&$，F%&：=&［&］!V1N07，U9(0N?，60I1Q1R07-8-61A3-61A3-61)GH-，F&&"，F$’：;"%［F%］!>/19RG))7?，OHG0)19>>，D1HH1W19M>!"#$-8-5**/->(I9-，F&，=’：’F%;［FF］!7GQ.R1M，53WNV，60I1Q1R07-8-61A3-?N2-8*3-，F&&K，F&："’&［F$］!60I1Q1R07，VGQ.R1M-8-61A3-61A3-61)GH-，F&&K，F"&：J$"F［F"］!60I1Q1R07，VGQ.R1M-8-61A3-61A3-61)GH-，F&&K，FKF：;%"［F;］!6NNWGH18?，Y03WGHJ4，XN3A76!"#$->(I9-4GP-JG))-，F&&K，=;："$="［FK］!6NNWGH18?，Y03WGHJ4-8-5**/->(I9-，F&&’，=&：;=$;［F’］!6NNWGH18?，Y03WGHJ4，MN,1R8!"#$-5**/->(I9-JG))-，!物理・"#卷（$%%&年）’期!!!!!!!!!!!!!())*：++,,,-,./0-12-23・#"!・前沿进展011/，2.：1/041/［5/］-6*,789，:*;=?，@;A)"*>BB!"#$&8&C##(&B!D>&，011E，/2：3/3/［52］-?=,78F，GAA?H&8&I*7,&I*7,&I*"A;&，011J，.E1：E20.［41］-H!AA8H，K%*,78L，M)N??!"#$&OPPPQ;*,>&I*7,&，0114，5E：03/4［4E］-9!=>!M，F7*(A?R，B*)?B!"#$&C##(&B!D>&GA""&，E22/，J.：3/2［40］-SAQA;A>*8I，R*;"!T(TNDC，@A;"C!"#$&B!D>&HAU&GA""&，E222，/0：50//［4.］-FVS=,,A((8，C,CP，F!?!"#$&C##(&B!D>&GA""&，0111，J3：E2E5［45］-B*;W:，?!)LI，BA,7L9!"#$&OPPPQ;*,>&I*7,&，011.，.2：0/13［44］-L==,M?，M==8K，S=LK!"#$&8&I*7,&I*7,&I*"A;&，0114，0/4：E04［43］-M’X="*K，Y*W*"*8，F=7*,AI!"#$&8#,&8&C##(&B!D>&，0115，5.：G2/5［4J］-S*)X=’Q，?!),*,=I，K*""=;)I!"#$&OPPPQ;*,>&I*7,&，0113，50：0344［4/］-I*;’W*NAQ，O>!)W*%*Q，I*">’0113，22：1/C215B!D>&，［42］-QA[’W*Y，OWA，011J，.E1：E251［31］-I*;’W*NAQ，O>!)W*%*Q，K*W*N*"*?!"#$&C##(&B!D>&GA""&，011J，21：1E041/［3E］-H=""(*,&GA""&，011E，J/：.0J5［30］-6*,789，@;A)"*>BB，?,=A+WP!"#$&C##(&B!D>&GA""&，011E，J2：5./J［3.］-6*,789，@;A)"*>BB，?,=A+WP&C##(&B!D>&GA""&，011E，J2：544.［35］-6*,789，@;A)"*>BB，?,=A+WP!"#$&OPPPQ;*,>&I*7,&，0110，./：0J1.［34］-S)N=#=’(=>Q，9)A;A>9，:=()>?!"#$&C##(&B!D>&GA""&，011.，/.：.../［33］-L=>!)N’;*?，Y=[*%*Q，?!=D*N*Q&8&C##(&B!D>&，0114，2J：E1:201［3J］-I===,9C!"#$&B!D>&HAU&GA""&，E2//，3E：3.J［3/］-:!)X*S，CW)X*Y，I*">’W’;*@!"#$&C##(&B!D>&GA""&，0111，JJ：E/J.［32］-9’"!I，S),)*C，?+!NA;XA;9!"#$&C##(&B!D>&GA""&，011E，J/：.5/J［J1］-B),G，MD’,7>’,I&B!D>&HAU&R，011E，35：1.401E［JE］-9’>"*U>>=,@，9A=;7A8I，P"7A,>]K!"#$&B!D>&HAU&R，011E，35：E/5500［J0］-8)*,7\，B*,+!’(*C@，B*;W),??B&C##(&B!D>&GA""&，011.，/.：4055［J.］-MD’,7ZO,8，GAA8K，?!),MK!"#$&8&I*7,&I*7,&I*"A;&，0114，0/3：E4/［J5］-Y*7*!*N*Q，L’*>*?，Q*N’;*P!"#$&B!D>&HAU&GA""&，0114，24：1/3310［J4］-?*,"=>Q?，GAA8?，I)7&HAU&GA""&，011J，2/：1E331E［J3］-Y*7*>*W*M，?AD*N*L，M=,’?+)&QA+!&8&，011E，.J：E20［JJ］-Q>’,AW*%*M，S^*D*#;*%);*SS，Y*7*)I!"#$&C##(&B!D>&0114，/J：1J041.GA""&，［J/］-OWA&，0114，55：GE550##############################################・物理新闻和动态・浮冰架破裂物理的突破在格陵兰和南极洲冰域漂浮的浮冰架会流向其周围的海洋，这些浮冰架最终会破裂成冰山，这个过程在科学上称之为“裂冰”（+*(U),7）&裂冰是一种需要慎重对待的自然过程&到目前为止，人们还没有建立起有关解释裂冰过程的物理图像&但随着全球气候的变暖，浮冰架的裂冰行为已成为科学界非常关注的课题，因为据联合国环境保护委员会报告，如果浮冰架都在南极洲发生融化，则海平面将上升31N以上&最近，美国BA,,>D(U*,)*大学的H&C((AD博士和来自美国其他4个研究所的同事们共同开展了关于裂冰行为的物理研究&这项研究属于“断裂力学”的范围&H&C((AD博士指出，断裂力学是一个较困难的课题，它包括地震预测以及裂冰等问题&现在这时这个茶杯是会破裂呢？还是我们从一个简单的实例来探讨应如何开展研究&若放在桌子上的一个茶杯不慎掉落在地面，会安全地只是在地面上反弹一下？这个答案显然依赖于茶杯落到地面的高度，如果它是从ENN的高度落下，则茶杯将不会破裂，但若是从E11N的高度落下，则茶杯必碎无疑&从这点可以看出，茶杯落下的高度是茶杯破裂的主要参数&因此研究裂冰过程也需要寻找与其对应的主要参数&为此，研究组作了一个简单的假定，即浮冰架冰面裂纹的扩展速度是产生裂冰的重要参数，特别是破裂的方向和趋势更为重要&这一点类似于茶杯落下的高度&根据以往裂冰数据的分析可归纳出：浮冰架的宽度则山脊的边界将阻挠冰块，使冰架的运动变得缓慢而与厚度都与裂冰有着重要的关联&如果处于两个山脊间的冰架比较窄，不易破裂，相反，较厚和较宽的冰架则破裂得快一些&而裂纹的扩展速度可以通过浮冰架的宽度与厚度的数据进行计算，这样因此在使用时还需要一个牵制点（#),,),7#=),"），即海岛对浮冰架的稳就能简单地预测出浮冰架的裂冰&由于规则极其简单，定作用，如果没有这个稳定作用，那浮冰架就会成为不稳定的冰架并迅速地发生裂冰&总之，有关浮冰架的裂冰还有相当多的工作需要科学家们去关注和研究&（云中客-摘自?+)A,+A，0/Y=UANXA;011/）・#"!・!""#：$$%%%&%’()&*+&+,------------------物理・./卷（0112年）3期。

磁场中磁性颗粒运动机理的研究进展及应用领域

Mine Engineering 矿山工程, 2017, 5(4), 114-122 Published Online October 2017 in Hans. /journal/me https:///10.12677/me.2017.54017
Zijin Mining College, Fuzhou University, Fuzhou Fujian Received: Aug. 14 , 2017; accepted: Aug. 26 , 2017; published: Sep. 5 , 2017
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Abstract
In this paper, the progress of the motion mechanism of magnetic particles in magnetic field is reviewed by the aspects of magnetism, DLVO, equivalent surface current principle and magnetic dipole theory. The scientificity and limitations of these progresses are reviewed. The progress of these studies mainly includes the calculation of the interaction between the magnetic particles in the magnetic field under different theories, and the calculation of the magnetic energy between the magnetized magnetic particles. Focusing on the current hot issues, the use of magnetic substances to reduce drug side effects, drive microrobot, make magnetic grinding media, solve the problem of magnetic reunification was introduced and discussed. This article provides an overview and induction of the progress and achievements of the field in recent years, hoping to provide certain reference for future in-depth research.

隧穿磁阻效应的原理

隧穿磁阻效应的原理隧穿磁阻效应（TMR）是一种基于量子力学的现象，用于在纳米尺度上测量和控制磁场。

它是一种利用隧道效应的磁电阻效应，可以实现高灵敏度和低能耗的磁传感器。

本文将介绍隧穿磁阻效应的原理及其在磁传感器中的应用。

隧穿磁阻效应是指当电流通过两个磁性层之间的绝缘层时，由于自旋极化，电子的隧道自旋极化会导致电阻的变化。

这种自旋极化的隧穿效应被称为隧穿磁阻效应。

在隧穿磁阻效应中，两个磁性层的自旋方向可以平行或反平行，从而导致电阻的变化。

当两个磁性层的自旋方向平行时，电阻较低，而当自旋方向反平行时，电阻较高。

这种磁场依赖性的电阻变化可用来测量和控制磁场。

隧穿磁阻效应的原理是基于自旋极化和隧道效应的相互作用。

自旋极化是指电子的自旋方向与运动方向的关系。

在磁性材料中，自旋方向会受到磁场的影响而发生改变。

当电流通过两个磁性层之间的绝缘层时，自旋极化会导致电子在绝缘层中隧道传输。

根据隧道效应的原理，电子可以通过绝缘层中的势垒，从而实现电流的传输。

然而，当自旋方向平行时，电子的传输更容易，而当自旋方向反平行时，电子的传输更困难。

因此，隧穿磁阻效应会导致电阻的变化。

隧穿磁阻效应在磁传感器中有广泛的应用。

磁传感器是一种用于测量磁场大小和方向的装置。

传统的磁传感器通常使用霍尔效应或电感效应来测量磁场。

然而，这些方法存在一些限制，如灵敏度不高、能耗较大等。

相比之下，隧穿磁阻效应磁传感器具有更高的灵敏度和更低的能耗。

隧穿磁阻效应磁传感器通常由两个磁性层、一个绝缘层和一个导电层组成。

当磁场作用于磁性层时，磁性层的自旋方向会发生改变，从而导致电阻的变化。

通过测量电阻的变化，可以确定磁场的大小和方向。

隧穿磁阻效应磁传感器具有高灵敏度和低能耗的特点，可以应用于许多领域，如磁存储器、磁头、磁卡和磁传感器等。

隧穿磁阻效应是一种基于量子力学的磁电阻效应，可以用于测量和控制磁场。

它是利用自旋极化和隧道效应相互作用的原理实现的。

隧穿磁阻效应磁传感器具有高灵敏度和低能耗的特点，可以应用于各个领域。

磁阻尼原理及应用

磁阻尼原理及应用
磁阻尼是指在磁场中，磁体受到的总力包含了驱动力和磁阻力，
这个磁阻力和磁体的位移速度有关，而属性于磁性材料的一种物理现象。

磁阻尼在许多现代科技中都有重要的应用。

磁阻尼原理比较简单，即当磁场的线密度改变时，在磁体内的感
应电流将会改变，从而产生一个反向力，这个反向力就是磁阻力。

不
同的磁体根据自己的性质，磁阻力也易于产生不同，而比较突出的应
用就是在磁浮列车，磁悬浮飞行器、汽车和智能电动工具上。

磁阻尼可以通过多种方式进行计算，最常见的就是通过施加不同
的电流和磁场条件来丈量磁阻力，但是不同物体和磁场下的实验结果
也会有所出入，所以科学家们不仅经常会进行多次实验，还利用计算
机仿真等方式来丈量磁场和磁体之间的作用力。

除了磁悬浮和智能交通等领域，还有许多其他的应用场景，比如
磁阻尼隔振器、稳压器、制动器和等离子发生器等。

在这些领域，技
术人员通过针对性的开发，利用磁阻尼的原理进行动力转换、稳定电流、实现精密测量和能量控制等等。

总体来说，磁阻尼作为一种非常重要的物理现象，其应用广泛且
深远，未来还有更多的技术发展空间，不仅可以在现代交通、能量科
技和太空航天等领域得到推广应用，也能在更多领域发挥优越的特性，为人们的生活和工作带来更多便利和创新。

《2024年垂直磁各向异性隧道结中磁矩翻转机理的综合研究》范文

《垂直磁各向异性隧道结中磁矩翻转机理的综合研究》篇一一、引言随着科技的发展，垂直磁各向异性隧道结（Perpendicular Magnetic Anisotropy Tunneling Junctions，PMA TJs）在信息存储和计算等领域中的应用日益广泛。

由于它们的高稳定性、高密度以及非易失性等优点，这些材料被广泛应用于高密度存储设备，如硬盘、高密度磁头以及未来微纳器件。

本文着重探讨了垂直磁各向异性隧道结中磁矩翻转机理的详细情况。

二、垂直磁各向异性隧道结的结构和特性首先需要理解垂直磁各向异性隧道结的基本结构及其特性。

垂直磁各向异性隧道结通常由两层磁性材料以及一个非磁性材料组成。

由于这些材料的特性和组合方式，导致该结构在特定方向上表现出显著的磁各向异性，即其磁矩容易在该方向上发生翻转。

三、磁矩翻转机理概述在垂直磁各向异性隧道结中，磁矩的翻转是一个复杂的物理过程。

根据实验和理论分析，磁矩的翻转主要依赖于磁场或电流的作用。

在一定的外部作用下，如施加外部磁场或通过自旋极化电流（SPT），我们可以改变材料内部的磁场状态，从而实现磁矩的翻转。

四、具体翻转机理分析1. 磁场诱导的磁矩翻转：当施加一个足够大的外部磁场时，磁矩将与该磁场对齐，从而发生翻转。

这一过程被称为磁畴壁的移动或畴变。

由于垂直磁各向异性的存在，磁场方向垂直于膜面时，可以更有效地诱导磁矩的翻转。

2. 自旋极化电流诱导的磁矩翻转：自旋极化电流是一种特殊的电流，其电子具有特定的自旋方向。

当自旋极化电流通过垂直磁各向异性隧道结时，其自旋电子可以改变局部的磁场状态，从而诱导磁矩的翻转。

这一过程被称为自旋转移力矩（STT）或自旋轨道力矩（SOT）。

五、实验与模拟研究通过实验和模拟研究，我们可以更深入地理解垂直磁各向异性隧道结中磁矩的翻转机理。

实验上，我们可以通过测量不同条件下的磁场和电流对磁矩翻转的影响来验证理论模型。

同时，我们还可以使用模拟软件来模拟磁场或电流作用下的磁矩变化情况。

磁隧道结(MTJ)

磁隧道结(MTJ)的报告，600字
磁隧道结（MTJ）是一项有效的小型半导体封装技术，它可以将复杂的小型器件和连接器固定在电路板上，使得系统可以进行有效的传输、存储和使用。

有关这项技术的相关报告如下。

磁隧道结（MTJ）技术的最大特点是其高密度，能够将大量的器件和连接器紧凑地固定在电路板上，同时也能够保证这些元件的安全性和可靠性。

此外，MTJ技术还支持可扩展性和灵
活性，可以根据客户的要求定制设计以及制作。

MTJ技术还
为可靠性测试带来了便利，通过MTJ技术可以检测每一块元件，并可以实现自动测试和自检。

另外，MTJ技术具有较高的可信度、可靠性和可重复性，因
此可以提高封装密度，提高封装可靠性。

相比于传统封装技术，MTJ技术具有较高的绝缘性和热稳定性，特别适用于高压电
子产品中的封装。

此外，MTJ技术可以有效的抑制EMI污染，降低电路板的阻尼、耦合和过载。

综上所述，MTJ技术是一种具有许多优点的封装技术，可以
有效的减少封装密度，提高元件可靠性和可信度，同时也可以降低EMI污染。

因此，MTJ技术有助于提高电子设备的可靠
性和性能，为客户提供更高的服务质量。