新型磁性隧道结材料及其隧穿磁电阻效应
隧穿磁阻效应 巨磁阻效应
隧穿磁阻效应巨磁阻效应
磁阻效应是材料在磁场中发生电阻变化的现象。
在这一领域中，隧穿磁阻效应和巨磁阻效应是两个重要的研究方向。
隧穿磁阻效应（TMR）是指在磁隧道结中，磁绝缘体层的磁化强度改变导致电阻发生变化。
这种效应的原理是，磁绝缘体层的磁化强度变化会影响到电子的隧穿概率，从而改变电阻。
隧穿磁阻效应具有较高的磁灵敏度，但其响应速度受到限制，因此在实际应用中有一定的局限性。
与隧穿磁阻效应相比，巨磁阻效应（GMR）的特点是在磁场强度变化较小的范围内，电阻值发生较大变化。
巨磁阻效应的原理是，磁性材料层的磁化强度改变导致电子有效质量发生变化，从而影响电阻。
由于巨磁阻效应具有较快的响应速度，因此在磁传感器、磁随机存储器等领域得到了广泛应用。
在实际应用中，隧穿磁阻效应和巨磁阻效应各自具有优势。
隧穿磁阻效应适用于高灵敏度磁传感器和磁随机存储器等领域，而巨磁阻效应则适用于磁随机存储器、磁头读写器等快速响应设备。
此外，两种磁阻效应还可以相互结合，实现更高性能的磁电子器件。
我国在磁阻效应研究方面取得了显著成果。
科研人员不仅在理论研究方面取得了突破，还成功应用于实际工程。
例如，我国已经成功研发了基于隧穿磁阻效应的磁随机存储器，为磁电子产业的发展奠定了基础。
此外，我国在巨磁阻效应器件的研发方面也取得了重要进展，为磁传感器、磁头读写器等领域提供了技术支持。
总之，隧穿磁阻效应和巨磁阻效应在磁电子领域具有广泛的应用前景。
磁隧道巨磁电阻效应及应用
密度有一定的困难。就在此情况下 , 铁磁金 属/ 非磁绝缘体 / 铁磁金属 磁隧道阀的研究 取得了突破性进展。 1995 年 , M iyazaki T 在 Fe/ Al2 O 3 / Fe 磁隧道结中发现其磁电阻值在 室温下可达 18% 到广泛关注。 早在 Meservey. R 利用 超导体 / 非磁绝 缘体 / 铁磁金属 隧道结直接测量铁、 钴、 镍等 磁性金 属 的 自旋 极 化不 久 , 1975 年, Slon czew ski J. C 提出将另一铁磁金属取代超导 层构成 铁磁金属 ( FM ) / 非磁绝 缘体 ( I) / 铁 磁金属( FM ) 的设想, 并将隧道电导与铁磁 电极的极化方向相关现象命名为磁隧道阀效 应。 1975 年 , Julliere M 发现 F e/ Ge/ Co 隧道 结的隧道电导与两铁磁层磁化矢量的相对方 向有关 , G / G A 在 4 2K 时为 14%
, 这里, U ( 0< x < d ) 是势 , 0< x < d 对应 于位垒区, E F 为 Ferm i 能 , 是势垒的大小 , d 是势垒的厚度。1 和 3 层的自旋极化率为 P 1 ( 3 ) = ( 1( 3) + - 1( 3) - ) / ( 1( 3) + + 1( 3) - ) ( 4) 反过来, 也可以写成 1( 3) - / 1( 3) + = ( 1- P 1( 3) ) / ( 1+ P 1( 3) ) ( 5) 如果我们知道自旋极化率 P 1( 3) 和势垒高度 , 就可以从 ( 2) ~ ( 5 ) 式计算出隧道磁电阻 值。早期的隧道磁电阻实验值不大 , 与理论 值有 一 定的 差 异。 1995 年, M iyazaki T 在 Fe/ Al2 O 3 / Fe 中发现室温下隧道磁电阻值为 15 6% , 低温下达到 23% 值。 3 磁隧道结的制备技术 磁隧道结通常有两种制备方法 , 一种是 薄膜生长过程中采用掩模技术 4, 15, 16 ; 另一 种方法采 用微细加工技术 。掩模技术 是首先在 基片上溅射一 定形状的 底铁磁层 ( FM 1) , 再覆盖一层 Al, 然后在空气中氧化、 纯氧气氛中原位热氧化或在纯氧气中辉光放 电等离子氧化生成 Al2 O 3 绝缘层, 最后溅射 一定形状的顶铁磁层( FM 2) , 形成磁隧道结。 35
一种具有高磁电阻效应的磁性隧道结及其制备方法[发明专利]
![一种具有高磁电阻效应的磁性隧道结及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/cb8b9ec9dd36a32d72758119.png)
专利名称：一种具有高磁电阻效应的磁性隧道结及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：姜勇,于广华,王燕斌
申请号：CN200410009937.1
申请日：20041202
公开号：CN1632964A
公开日：
20050629
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种具有高磁电阻效应的磁性隧道结及其制备方法。
磁性隧道结由底电极层、反铁磁层、钴铁合金、绝缘层、金属钌层、顶电极层组成。
本发明采用二氧化硅基片，通过等离子体溅射或磁控溅射、分子束外延生长手段制备成磁性隧道结。
本发明的优点在于：巧妙的利用金属钌层和绝缘层的组合，大幅度地提高隧道结在室温下的磁电阻效应。
申请人：北京科技大学
地址：100083 北京市海淀区学院路30号
国籍：CN
代理机构：北京科大华谊专利代理事务所
代理人：刘月娥
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隧道巨磁电阻效应的研究与应用
隧道巨磁电阻效应的研究与应用
刘钧
【期刊名称】《安庆师范学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2005(011)001
【摘要】1974年，Slonczewski提出的铁磁金属／绝缘体／铁磁金属(FM／I／FM)结构中存在隧道巨磁电阻(TMR)效应，当两铁磁层磁化方向平行或反平行时，FM／I／FM隧道结将有不同的电阻值。
很快，Julliere在Fe／Ge／Co隧道结中证实了这一点。
这种因外磁场改变隧道结铁磁层的磁化状态而导致其电阻变化的现象，称为隧道磁电阻效应。
随后，人们对一系列FM／I／FM磁隧道结的输运性质进行了研究。
由于磁隧道结中两铁磁层间不存在或基本不存在层间耦合，
【总页数】2页(P108-109)
【作者】刘钧
【作者单位】皖西学院,物理系,安徽,六安,237012
【正文语种】中文
【中图分类】O484.43
【相关文献】
1.隧道窑“逆向”气幕的研究与应用：—减小隧道窑预热带温差的新途径 [J], 南光哲
2.隧道节能技术在大普吉隧道改造工程中的研究与应用 [J], 俞加川;何忠
3.巨磁电阻效应的研究与应用 [J], 钱政
4.磁隧道巨磁电阻效应及应用 [J], 卢正启;戴中生
5.Fe/Al_2O_3/Fe隧道结的巨磁电阻效应 [J], 徐庆宇;陈浩;陆钧;倪刚;都有为因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
磁性隧道结中隧道磁电阻效应(TMR)的研究的开题报告
磁性隧道结中隧道磁电阻效应（TMR）的研究的开题报告摘要：随着信息技术的快速发展和应用需求的增加，磁性影响逐渐成为实现信息存储和处理的关键技术之一。
在磁性存储领域，隧道磁电阻效应（TMR）已成为当前磁存储中最有前途的技术之一，具有高灵敏度、高速度、低功耗等优点。
磁性隧道结是实现TMR效应的重要组成部分，因此深入研究其物理性质和性能有利于实现更高的磁性存储性能和可靠性。
本文开题报告将介绍磁性隧道结中隧道磁电阻效应的研究现状与发展趋势，并提出本文的研究思路和预期实验结果，旨在深入探究隧道磁电阻效应的机理和物理现象，以及优化磁性隧道结的制备工艺和性能。
关键词：磁性隧道结；隧道磁电阻效应；磁性存储；制备工艺；性能优化。
引言：磁性材料作为现代信息技术中的重要组成部分，已经广泛应用于磁存储、传感器、声学器件等领域。
其中，隧道磁电阻效应（TMR）技术是一种基于电子隧穿效应的磁性存储技术，在磁性存储器件中具有广泛的应用前景。
磁性隧道结是实现TMR效应的基本单元之一，通过控制隧道结的物理性质和性能，可以实现更高的磁性存储性能和可靠性。
因此，深入研究磁性隧道结中隧道磁电阻效应的物理机理和性能，对于推动磁性存储技术的发展具有重要的意义。
本文研究思路：本文旨在通过研究磁性隧道结中隧道磁电阻效应的物理机理和性能，探索优化磁性隧道结的制备工艺和性能，实现更高的磁性存储性能和可靠性。
具体研究思路如下：第一步，分析磁性隧道结制备工艺的影响因素，分析不同制备方法对磁性隧道结的结构和性能的影响；第二步，通过磁性测量和电学测试，研究不同磁性隧道结的磁电阻率和磁化曲线，探究隧道磁电阻效应的物理机理和磁性隧道结的性能特征；第三步，基于理论模拟和优化，探索磁性隧道结的结构和物理性质的改进方法，实现更高的TMR效应和更优异的磁性存储性能。
预期实验结果：本文预期通过对不同制备方法下制备的磁性隧道结的磁性和电性性质进行对比研究，探究各种因素对隧道磁电阻效应的影响，深入探究隧道磁电阻效应的物理现象和机理，并通过调整磁性隧道结的结构和物理性质，实现更高的TMR效应和更优异的磁性存储性能。
具有室温巨隧道磁电阻效应与高自旋极化率的新材料
具有室温巨隧道磁电阻效应与高自旋极化率的新材料3都 有 为(南京大学固体微结构物理国家重点实验室 南京大学物理系 南京 210093)摘 要 回顾了隧道磁电阻效应发展简史及其应用,报道了锌铁氧体Π氧化铁二相纳米复合材料在室温具有巨磁隧道电阻效应的实验结果,该实验结果表明锌铁氧体是具有高自旋极化率的一类新材料,值得进一步开展相关的研究工作.关键词 隧道磁电阻效应,自旋极化率,铁氧体A NEW MATERIA L WITH HIGH POLARIZATION AN D GIANT TUNNE LINGMAGNETORESISTANCE AT R OOM TEMPERATUREDU Y ou 2Wei(National K ey Laboratory o f Solid State Micro structures ,Nanjing Univer sity ;Department o f Physics ,Nanjing Univer sity ,Nanjing 210093,China )Abstract The history and applications of tunneling magnetoresistance are described briefly.The observation of giant tunneling magnetoresistance at room tem perature in tw o phase nanostructure zinc ferrite Πhematite is reported.The results show that zinc ferrite has high polarization and is a prom ising material for future study.K ey w ords tunneling magnetoresistance ,polarization ,ferrite3 国家重点基础研究发展规划项目(973)(批准号:G 1999064508)资助2001-11-27收到初稿,2002-01-22修回 通讯联系人,E -mail :dyw @ 2000年,美国总统克林顿宣称未来美国国会大图书馆的所有信息可以存储在仅仅一块方糖大小的存储器中.近年来,磁盘的存储密度迅速增长,硬盘存储密度每平方英寸可达65G b ,并向100G b Πin 2(1in =010254m )目标挺进.预期磁的随机存储器(MRAM )不久有可能取代现在微机中所应用的半导体内存(DRAM ),这些惊人的进展都与磁电阻效应相关,这里将简单介绍隧道磁电阻效应新进展.量子力学理论表明微观粒子具有波动性,从而具有隧穿势垒的能力,称为隧道效应.要观察到明显的隧道效应,通常要求势垒的宽度大致上与微观粒子的德布罗意波长相当.早在20世纪50年代,科学家已在金属Π绝缘体Π金属(MI M )多层膜中观察到电子隧道效应,继后又在超导Π绝缘体Π超导(SIS )夹层膜中观察到超导隧穿电流,称之为约瑟夫森效应,它在超导电子器件中得到广泛的应用,科学家约瑟夫森获1973年诺贝尔物理学奖.获1986年诺贝尔物理学奖的扫描隧道电子显微镜(ST M )发明者罗列尔所利用的也正是金属Π空气绝缘层Π金属的电子隧道效应.电子的隧道效应不仅具有重要的量子效应的基础研究意义,而且具有巨大的应用价值.众所周知,电子具有电荷同时又具有自旋磁矩,通常电子在输运过程中由于碰撞而导致自旋磁矩在空间的取向是混乱的,因此在宏观输运性质中仅需考虑电子具有电荷就足够了.然而当电子通过与电子平均自由路程相当的纳米铁磁薄膜时,自旋磁矩的取向与薄膜磁化方向相一致的电子较易通过,自旋磁矩的取向与薄膜磁化方向不一致的电子难以通过,从而导致自旋极化效应,这好像自然光通过偏振片成为极化的偏振光一样,利用超导Π非磁绝缘体Π铁磁金属隧道结亦可以测定电子自旋极化.不难想像,对铁磁金属Π非磁绝缘体Π铁磁金属的隧道结,当处于非磁绝缘体左右的铁磁金属层的磁化方向相一致时,具有该自旋磁矩取向的电子容易通过,电阻小,反之二者磁化方向相反时,电阻大,因此,用外磁场控制磁化状态就可以改变隧道结的电阻,这就是磁电阻效应.1975年,Julliere [1]对[Fe ΠG e ΠC o ]磁性隧道结输运性质的研究作了重要的开拓性工作,发现隧道阻抗随磁化状态而变,在412K,电导的相对变化可达14%.但室温磁电阻效应不明显,此后一些科学家对磁性隧・302・31卷(2002年)4期道结进行了多方面的研究,但十多年来均无重要突破.1988年,法国巴黎大学Ferit教授科研组在[FeΠCrΠFe]多层膜发现巨磁电阻效应[2],在全世界掀起了研究热潮,Ferit教授荣获两次世界级的大奖.理论上为了解释巨磁电阻效应,在电子输运过程中必须考虑与自旋相关的散射效应,从而开拓了磁电子学的新学科,现已扩展为自旋电子学,隧道磁电阻效应是自旋电子学的重要组成部分,而自旋电子学必将会成为纳米电子学的重要分支.在巨磁电阻效应研究的热潮的冲击下,科学家重燃起对隧道磁电阻效应研究的热情,1995年在FeΠAl2O3ΠFe隧道结结构中首先取得突破,发现室温磁电阻效应可高达18%,液氦温度下为30%[3],取得了重要的进展,掀起了新的研究热潮.继后又发现C oFeΠAl2O3ΠC o磁隧道结的磁电阻效应在室温下也可达16%—18%[4],其磁场灵敏度为5%—8%ΠOe,大于多层膜、颗粒膜,从而为磁随机存储器(MRAM)、磁传感器等应用提供了很好的纳米结构材料.理论表明,磁隧道结的磁电阻效应,在不考虑自旋反转时,与自旋极化率(P)的平方成正比,从理论上考虑,半金属材料具有高自旋极化率,P值最高为1,由其构成的隧道结可获得高T MR,促使人们对Fe3O4,CrO2,T l2Mn2O7,Sr2FeM oO6等一系列化合物开展了隧道磁电阻效应的研究工作,在这些化合物中,尽管在低温可获得较大的磁电阻效应,但随着温度的升高,磁电阻效应显著地下降,多数室温值低于2%,十余年来均未取得新的进展,至今仅Sr2FeM oO6多晶体中发现室温T MR值可达1115%[5].鉴于隧道磁电阻效应具有巨大的应用潜力,探索室温巨隧道磁电阻效应的新材料,成为国际上颇受重视的研究热点.我们在Zn0141Fe2159O4-α2Fe2O3复相多晶铁氧体中发现了隧道型的巨磁电阻效应,室温T MR值可高达158%,412K温度下为1280%[6],迄今为国际上的最高值.并且,在相当宽的温区内,磁电阻效应几乎不随温度变化,室温附近磁电阻效应对温度不灵敏,这在应用上是十分重要的,从而为基础研究与应用基础研究提供了一类值得进一步研究的高自旋极化率的新材料体系.参考文献[1]Julliere M.Phys.Lett.,1975,54:225[2]Baibich M N,Brato J M,Fert A et al.Phys.Rev.Lett.,1988,61:2472[3]M yazaki T,K inder L R.J.M agn.M agn.M ater.,1995,139:L231;1995,151:403[4]M oodera J S et al.Phys.Rev.Lett.,1995,74:3273;J.Appl.Phys,1996,79:4724[5]K obayashi KL et al.Nature,1998,395:677[6]Chen P,X ing D Y,Du Y W et al.Phys.Rev.Lett.,2001,87:107202・物理新闻・编码程序与信息压缩(Squeezing Im formation from Zipping Programs)许多个人计算机中常用的文件编码实际上是一种数据压缩程序,它对信息分析具有很大的帮助.最近意大利的科学家们提出了一个文件压缩的例行程序,他们是La.Sapienza大学(位于罗马)的以E.Caglioti博士为首的研究组.这个程序能正确地确认文件的语言、作者等,且具有很高的压缩效率.传统的数据压缩编码程序首先是搜索一个文件中重复出现的字符串并将它们记录下来,同时充分注意各个子序列在字符串的相对位置.这样一个未曾编码的文件就用这一系列的字符串的编码所代替.这种编码技术特点适用于较长的文件文本.如果在一个意大利的文件上附加一页意大利文的附录,那么对这页的编码将极其容易,因为附录中出现的文字与短语都曾在正文中出现过,但如果这页意大利文的附录是加在一个英文的文件后面,那原先的编码程序就要匆匆忙忙地去学习一种新的语言,这就会大大地降低压缩效率.现在罗马的研究者们找到了一种新的文件压缩技术,在他们的程序中只要确认20个字符串后,程序就能识别文件的语言,因而能正确地对文件的内容、作者等进行分类.基于对文件语言的正确分类,从而使搜索器具有更高级的功能.这种编码技术提供了一种对多种语言确认的精确方法,也就是找到了各种不同语言间的逻辑关系.虽然他们现在只是着力于研究各种语言文本的文件编码,但他们已经注意到这种信息编码技术也能应用到其他方面,如DNA序列、地质记录、医药数据和股票市场的涨落等.(云中客摘自Phys.Rev.Lett.,28January2002)・42・物理。
铁磁-半导体-铁磁隧道结中的隧穿磁电阻
关键 词 ： 性 隧 道 结 ；隧 穿 磁 电导 ；隧 穿磁 电 阻 磁
中 图 分 类 号 ： ７ ． ０４ ２ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｎｎ ｌｎ ａ ｎ ｔ ｓｓ ａ ｃ ｎ ｓ ａ ｃ ｆ Ｔｕ ｅ ｇ Ｍ ｇ ｅ ｏ Ｒｅ ｉｔ ｎ ｅ ｉ ｉ
摘 要 ： 对 由 １ 半 导 体 隔开 的 ２个 铁 磁 性 金 属 电极 构 成 的磁 性 隧 道结 ， 虑 中间 层 形 成 双 势 垒 ， 近 自由 针 个 考 在
电 子 模 型 的 基 础 上 ， 算 了零 偏 压 下 隧 穿磁 电 导 和 隧 穿 磁 电阻 ． 果表 明 ， 隧 道 结 的 隧 穿 磁 电阻 和 隧 穿 磁 电 计 结 该
第 ３ ６卷 第 ３期
２１ Ｏ Ｏ年 ９月
延边夫学学报（ 一然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＹａ ｂ ａ ｉｅ ｓｔ （ ｔ ｒ ｌ ｃｅ ｃ ） ｏ ｒ ａ ｎ ｉｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｙ Ｎａ ｕ ａ Ｓ ｉｎ ｅ
Ｖｏ１ ６ ．３ ＮＯ． ３ Ｓｅ ２０１ ｐ． ０
目前 ， 关 在 隧 道 结 中 自旋 极 化 电 子 隧 穿 的理 论 主 要 有 零 偏 压 下 的 Ｊ ｌｅｅ隧 穿 概 率 理 论 ｎ Ｊ ｌｅ设 电子穿 越绝 缘体 时能 量和 自旋 方 向保持 不变 ， 隧穿概 率 只与 能量有关 ， 出 当偏压 很小 （ ≈ Ｏ 但 得 ） 时 ， 电阻 （ ＭＲ） ２ 铁 磁 电极 中的 电子在 费 米 面上 的 自旋 极 化 强 度 的乘 积 成正 比 ， 磁 Ｔ 与 个 因而 ２个 铁 磁 电极 的 自旋 极化 强度 越高 ， ＴＭＲ 也越 大 ． ０ ２年 ， ｇ ｅｙ ｎ分 析 了 Ｒ ｓ ｂ ２０ Ｅ ｕ ｓａ ａ ｈ ａ自旋 轨 道 耦 合 效应 与 散 粒 噪声 的关 系 ， 他发 现 可 以通 过 测量散 粒 噪声来 获 得 Ｒ ｓ ｂ 耦 合 系数 ， 为研 制 用 于信 息技 术 的量 子 器 ａｈ ａ 这 件 开辟 了新 的途径 ． ｉ ｎ１ Ｌ Ｙｕ ｜ 对铁 磁 （ Ｍ） 半 导体 （ Ｍ） 铁磁 （ Ｍ） 明治 隧道结 进 行研 究 ， Ｆ ／ Ｓ ／ Ｆ 三 把半 导 体 看 作是 方势 垒 ， 出 Ｔ 得 ＭＲ 与 磁 场 角 度 变 化 和 方 势 垒 高 度 的关 系 ； 张红 梅ｌ 对 铁 磁 （ Ｍ ） 半 导 体 也 ” Ｆ ／
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。
隧穿磁阻效应 巨磁阻效应
隧穿磁阻效应巨磁阻效应隧穿磁阻效应（TMR）和巨磁阻效应（GMR）是当今磁性材料研究领域的热点话题。
这两种效应在信息存储、传感、计算和通信等领域有着重要应用，其原理和性能对于进一步发展高性能磁性材料具有重要的指导意义。
首先来介绍一下隧穿磁阻效应。
隧穿磁阻效应是指在磁隧道结构中，电子通过磁隧道隧道结构时，由于自旋极化效应导致电阻发生变化的现象。
简单来说，当电子通过两个磁性电极之间的绝缘层时，自旋方向与电子传输方向相同的电子会比相反方向的电子更容易通过磁隧道隧道结构，从而引起电阻变化。
这种效应的提出，对于磁性存储器的发展起到了至关重要的作用。
而巨磁阻效应是由两个平行排列的磁性层之间的电子自旋极化引起的磁阻变化。
当两个磁性层的磁化方向平行时，电子传输更为顺利，电阻较低；当两个磁性层的磁化方向反平行时，电子传输受到阻碍，电阻增加。
这种效应通常在磁性多层膜结构中观察到，并且在磁头、传感器、读取头等设备中得到广泛应用。
这两种效应的发现和应用，推动了信息技术的快速发展。
例如，磁性存储器中的磁存储单元可以通过感知电流通过磁阻变化来记录和读取信息。
这样的存储器具有高速、非易失性和密度高等特点，已经成为现代计算机存储器的重要组成部分。
此外，TMR和GMR也用于传感器的制造。
传感器是一种将物理量转化为电信号的装置，广泛应用于汽车、医疗、环境监测等领域。
通过利用磁性材料的TMR和GMR效应，可以制造高灵敏度、高精度的传感器，如磁传感器、压力传感器和温度传感器等。
这些传感器的应用不仅提高了产品的性能，还能够使得生活更加智能和便利。
最后，TMR和GMR研究的进展，对于磁性材料的制备和应用有着重要的指导作用。
研究人员通过改变材料的成分、结构和处理方法等，不断提高TMR和GMR效应的性能。
这对于开发更加高效、可靠的磁性材料具有重要意义。
此外，TMR和GMR的相互作用也值得深入探究，以进一步理解磁性材料的微观机制和性能。
这对于材料科学的发展和新材料的开发有着重要的启示和意义。
铁磁隧道结的隧穿磁电阻研究
下 的 隧 穿 电 导 、 自旋 极 化 率 和 隧 穿 磁 阻 比 率 。 结 果 表 明 ， 隧 道 结 的 磁 结 构 对 Ｔ （ 穿 电 导 ） 和 Ｔ Ｃ 隧 ＭＲ （ 穿 磁 阻 ） 的值 有很 大 的 影 响 ，在 两磁 极 磁 化 方 向相 同且 与 势 垒 分 子 场 同 向 时 ，Ｔ 隧 Ｃ取 到 最 小 值 ， 而 方 向为 反 平 行 时 ，Ｔ 数 值 为 最 大 ， 同 时还 对分 子场 取 向对 自旋 电 子输 运 性 质 的 影 响 进 行 了 分 析 ， 所 得 结 果 Ｃ
为 Ｐ ｕｉ ａ ｌ 自旋算 符 ， ＝± １ 别表示 自旋 十 和 ｛。 分 ， 自旋 十 的平 面波入 射后 ，ｃ ｒｄｎ ｅ 方程 自 （ Ｓ ｈ ｏ ｉｇ ｒ ）：
１ 一 是 ｅ” 十 ｉ ＋ Ｒ十 ｌ ｋ ＋ ¨ ＝ Ｒ・ １ ｅ ＋
在 １区域 的解为 ：
密顿量 可 以表示 为 ：
Ｈ： 一善
＋ （） ． ｕ 一 （）
（ １ ）
０
ｄ
图 １ 磁 性 隧道 结 的 示意 图
式 中， 为 Ｐａ ｃ 常数 ； ｚ 表示 为势能 ； ｊ １２ ３ 壳 ｌ ｋ ｎ Ｕ（ ） ｒ （ 一 ， ，） ｎ
ｆ ｌ。 ， ｈ ｚ≤ ０
是不 同 区域 电子 的有效质 量 ； ｚ 代 表 ｓ （ ）・ —ｄ交换 作用 ， ｚ ＝ ・ ， （ ）・ ｈ ０＜ ≤ ｄ， ｈ ，。 ｈ ，。ｈ 为分
【 ．，＞ｄ ｈｄ 。 ｚ
子 场 ， ｈ １ 一 』 （ ）』 ｈ ， （ ） ＝ ｈ 假设 ｈ 方 向与势 垒一致 ， ｈ 与 ｈ 间的夹 角分别 为 ０ 和 ０ ， ｌ （ ）Ｉ ３ 一 。 ｆ ２ ｆ ， ｈ ｈ ，。 ： ２
磁性隧道结效应实验与分析
磁性隧道结效应实验与分析导言磁性隧道结效应是当今研究领域中备受关注的现象之一。
本文将介绍磁性隧道结效应的基本概念，并详细描述实验过程和相应的分析结果。
通过这些实验与分析，我们可以更深入地了解磁性隧道结效应及其潜在应用。
实验设计在实验中，我们准备了一系列磁性隧道结样品，并利用特定的仪器设备进行测试。
实验的主要步骤包括样品制备、测量原始数据、分析数据等。
实验过程首先，我们制备了磁性隧道结样品，并将其放置在实验室设备中。
然后，我们对样品施加特定的外部磁场，并记录下相应的电阻变化。
通过多次实验重复这一过程，我们获得了一系列数据以供后续分析。
数据分析通过对实验数据的分析，我们发现在不同外部磁场下，磁性隧道结样品的电阻呈现出明显的变化。
进一步的统计分析表明，这种变化呈现出一定的规律性。
我们尝试利用已有的模型对这些规律进行解释，并与已有文献进行比对。
结果讨论结合实验结果和理论模型，我们得出了关于磁性隧道结效应的一些新的见解。
我们讨论了这些见解可能对相关领域的未来发展产生的影响，并提出了一些潜在的应用前景。
结论通过本次实验与分析，我们对磁性隧道结效应有了更深入的了解。
我们相信这些研究成果将对磁性隧道结效应的进一步研究提供有益的启发，并为相关领域的发展提供新的思路和方向。
参考文献1.张三, 李四. 磁性隧道结效应的研究进展[J]. 物理学报, 20XX, 30(1):100-120.2.王五, et al. 磁性隧道结样品制备与表征方法研究[J]. 实验物理学报,20XX, 40(2): 200-220.。
隧道磁电阻
简化： 位垒 与坐标无关，T exp 2 h 2mV0 E X 2 X 1
（1）强入射、弱势垒 入射能量 E接近 V0、 绝缘层很窄 (X2-X1)→ 0。 那么，I → 0；T→1。 电子的穿透。 （2）弱入射、强势垒 反之。 那么，I → 很大；T→很小。电子受阻。
（注意：数值大小是 D d d D
）
Julliere公式（2）
比较“不同自旋态”隧穿电流的大小 ?
问： I >
I ？
这就是TMR效应
证明：（两个数自乘之和必大于互乘的2倍） 假设 就有 当然
D D d d D d D d 2 D d
Julliere公式（5）
“保守的”Julliere的公式
TMR I I I
TMR 2P 1 P 1P 2 1P 2
例子，如果，以Fe和Co 作为电极，
p1 Fe 0.44, P2 Co 0.34
那么 TMR比率＝0。26
STM
将“M－I－M”结中绝缘体 (I） 换成“真空”，得STM。 将Julliere“FM－I－FM”结中绝缘体（I） 换成“真空”，得自旋极化的STM。
D D d d 2 D d 0
D d 2 0
不等式成立
Julliere公式（3）
TMR 比率（放大的） 定义
TMR I I
I
分子 ＝ D1 D1 D2 D2
分母 ＝ D1 D2 D1 D2
上左图 FM电极的磁矩彼此“平行”
I exp A U 0 D1 D2 D1 D2
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（ 中 国 科 学 院 物 理 研 究 所 ，北 京 １ ０ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要 ：典型 的磁性 隧道结是“ 三 明治 ” 结构 ，即由上下两个铁磁 电极以及 中间厚度 为 １ ｎ ｍ量 级的绝缘 势垒层构 成。 当外 加
磁场使两铁磁 电极的磁矩 由平行 态向反平行态 翻转 时 ，隧穿 电阻会发 生低电阻态 向高 电阻态的转变。 自从 １ ９ ９ ５年发现 室温隧 穿磁 电阻 （ Ｔ ＭＲ） 以来 ，非 晶势 垒的 Ａ Ｉ Ｏ 磁性隧道结在 磁性随机存储器 （ ＭＲＡ Ｍ） 和磁硬盘磁读 头（ Ｒ ｅ ａ ｄ Ｈ ｅ ａ ｄ ）中得 到了广泛 的 应用 ，２ ０ ０ ７年室温 下其 磁电阻 比值可 达到 ８ ０ ％ 。下一代 高速 、低功耗 、高性能 的 自旋电子学器件 的发 展 ，迫切需要更高 的室 温Ｔ ＭＲ比值和新型的调制结 构。２ ０ ０ １年通过第 一性 原理计算发现 ：由于 Ｍｇ Ｏ（ ０ ０ １ ） 势垒对不 同对称性 的 自旋极化 电子具有 自 旋过滤 （ Ｓ ｐ ｉ ｎ Ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ） 效应 ， 单 晶外 延的 Ｆ ｅ （ ０ ０ １ ） ／ Ｍｇ Ｏ（ ０ ０ １ ） ／ Ｆ ｅ （ ｏ ０ １ ） 磁 性隧道结的 Ｔ ＭＲ比值 可超过 １ ０ ０ ０ ％ ，随后 ２ ０ ０ ４年 在单 晶或 多晶的 Ｍｇ Ｏ磁性隧道结 中获得室温约 ２ ０ ０ ％的 Ｔ ＭＲ比值 ，２ ０ ０ ８年更是在赝 自旋 阀结构 ｃ ｏ Ｆ ｅ Ｂ ／ Ｍｇ ０ ／ ｃ ｏ Ｆ ｅ Ｂ磁性 隧道结 中 获得高达 ６ ０ ４ ％ 的室温 Ｔ ＭＲ比值。伴随着新 势垒材料的不断发 现和各 种磁性隧道结结构 的优化 ，共振 隧穿 和 自旋依 赖 的库仑 阻塞磁 电阻等新效 应以及磁性传感器 、磁性随机存储 器和 自旋纳米振荡 器及微波检 测器等 新器件 逐渐成为 科学和 工业界所关
ｂ ｙ ｔ ｗ ｏ ｆ ｅ ｒ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｓ ． Ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｉ ｆ ｇ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｏ ｔ ｈ ｆ ｅ ｒ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｓ
ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｔ ｏ ａ ｎ ｔ ｉ — ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ．ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ＭＴ Ｊ ｗｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｆ ｒ ｏ ｍ
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文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１ ６ ７ ４—３ ９ ６ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６— ０ ３ ３ ９—１ ５
Ａ Ｔｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｔｕ ｎ ｎ ｅ ｌ Ｊ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ａ ｎ ｄ
注的研究与应 用热 点。对磁性隧道结 （ Ｍ Ｔ Ｊ ） 材料及其 器件 应用研究 和进 展进行了简要介绍 。
关 键 词 ：巨 磁 电阻效应 ；隧穿磁 电阻效应 ；磁性隧道结 ； 第一性原理计算； 自 旋转移力矩效应 ；库仑阻塞磁电阻 ； 磁随机存储器
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｂ ３ ８ ３
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａ ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｉ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ（ ＭＴ Ｊ ）ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ａ ｔ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ（ ａ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｂ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ） ， ｓ ａ ｎ ｄ ｗ ｉ ｃ ｈ ｅ ｄ
ｌ ｏ ｗ，ｅ ｘ ｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ — ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ（ Ｔ ＭＲ） ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ ｓ ｐ ｉ ｎ — ｄ ｅ ｐ ｅ ｎ ｄ ｅ ｎ ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ．Ａ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｕ ｓ Ａ １ ０ ｂ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ
第３ ２ 卷
第６ 期
中国 材 料 进 展
ＭＡＴＥＲＩ ＡＬＳ ＣＨＩ ＮＡ
Ｖｏ １ ． ３ ２ Ｎｏ ． ６
２ ０ １ ３年 ６月
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０１ ３
新 型 磁 性 隧 道 结 材 料 及 其 隧 穿 磁 电 阻 效 应
韩 秀峰 ，刘厚 方 ，张 佳 ，师 大伟 ，刘 东屏 ， 丰 家峰 ，魏 红 祥 ，王 守 国 ，詹 文 山