铁磁-半导体-铁磁隧道结中的隧穿磁电阻
以铁磁绝缘体和铁磁半导体为势垒层的隧道结中的隧穿时间与自旋极化率
以铁磁绝缘体和铁磁半导体为势垒层的隧道结中的隧穿时间与自旋极化率曾柏魁;谢征微【摘要】基于Winful的隧穿时间模型,对普通金属/铁磁绝缘体/普通金属(NM/FI/NM)、普通金属/铁磁半导体/普通金属(NM/FS/NM)2种隧道结中的隧穿时间(居留时间和相位时间)和自旋极化率进行了研究.NM/FI/NM结中隧穿电子的自旋极化源于FI层的自旋过滤效应.而NM/FS/NM结中隧穿电子的自旋极化则源于FS层中磁性和Rashba自旋轨道耦合效应的共同作用.计算结果表明:在NM/FI/NM隧道结中,随着铁磁绝缘体层势垒厚度的增加,自旋极化率变化逐渐增加到趋于饱和并始终保持为正值.与之相应的自旋上下电子的居留时间和相位时间也随着增加,但自旋向下电子的隧穿时间总是大于自旋向上电子.铁磁绝缘体层中分子场的增加会导致自旋极化率逐渐增大并始终为正,相应的自旋向下电子的居留时间和相位时间总是大于自旋向上电子,但自旋向上电子的时间逐渐增加而自旋向下电子则相应减少.铁磁绝缘层势垒高度的变化会导致自旋极化率从负到正的转变.当自旋极化率为负时,相应的自旋向上电子的隧穿时间大于自旋向下电子的隧穿时间.在NM/FS/NM结中,由于Rashba自旋轨道耦合作用,自旋向上电子和自旋向下电子的隧穿时间随铁磁半导体层的厚度、分子场和Rashba耦合系数的变化呈现出周期性振荡变化的趋势.与之相应的自旋极化率从正到负,也呈周期性的振荡变化.但当自旋向下电子的隧穿时间大于自旋向上电子的时候,极化率为负,反之为正;这个结果和NM/FI/NM隧道结中的情况刚好相反.【期刊名称】《四川师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(042)003【总页数】6页(P403-408)【关键词】隧道结;隧穿时间;自旋极化率;Rashba耦合;铁磁绝缘体;铁磁半导体【作者】曾柏魁;谢征微【作者单位】四川师范大学物理与电子工程学院,四川成都 610066;四川师范大学物理与电子工程学院,四川成都 610066【正文语种】中文【中图分类】O441自旋电子学是一门微电子学和磁学交叉的新兴学科，研究介观尺度范围内自旋极化电子的输运特性，以及如何利用电子的自旋作为载体来进行信息的传输、处理和存储［1］．由于在信息存储方面有重大应用前景，自旋电子学的相关研究受到了学术界和工业界的高度重视，如巨磁电阻效应以及薄膜领域中纳米技术在磁记录头开发中的迅速发展，已经使磁硬盘的记录密度提高到了170 Gbit每平方英寸，在动态随机存储器MRAM的研究中，已经实现 16 Mbit的存储密度［2］．在隧穿现象相关的研究中，隧穿时间一直是人们所关注的一个重要问题．这个问题的研究除了对隧道效应这一量子力学现象具有重要的意义外，也是将来评价基于隧道效应的不同高速自旋电子器件性能的一个重要参数．Condon等［3］在1931年就提出，电子的隧穿特性既可以由透射概率表示，也可以由粒子的隧穿时间来表示．在这之后，Hartman［4］在研究了粒子的波动性与隧穿时间的关系后，发现粒子隧穿势垒的速度比在自由空间中的传播更快，即 Hartman效应．继 Condon 等［3］提出隧穿过程的灵敏度问题之后，人们又想出了一系列理论方法对电子的隧穿时间进行了讨论，比如居留时间法、相位延迟法、拉莫尔进动时间法和波包演化法［5］．特别地，Winful［6］利用变分法得到了相位时间和居留时间的一个普遍关系式．最近，在自旋极化电子隧穿多层稀磁半导体结构的研究中，Guo等［7］又把隧穿时间的概念推广到含有电子自旋的情况．研究结果可以看出，在电子自旋取向不同时电子的隧穿时间具有明显的分离，并且电子的入射能量和外加电场强度会强烈地影响其分离程度．文献［8－9］的研究结果显示出自旋极化电子的隧穿时间随半导体长度的增加出现轻微的震荡，并且隧穿势垒和Rashba自旋轨道耦合强度对自旋向上电子的隧穿时间影响大于自旋向下电子．自从铁磁金属/半导体/铁磁金属(FM/S/FM)自旋极化场效应晶体管被Datta等［10］提出后，半导体中的Rashba自旋轨道耦合效应在新型自旋电子器件中的作用也被越来越多的人关注．因为人们发现可以通过外加电场来控制Rashba效应，从而控制电子的自旋运动，所以不管是在实验上还是在理论上对铁磁金属到半导体的电子自旋注入中的Rashba效应和Rashba效应对自旋相关的电子输运的影响进行了非常多的研究［11－14］．研究结果也表明，随着 Rashba自旋轨道耦合效应的变化，自旋相关电子的透射系数会出现周期性的振荡现象，同时Rashba自旋轨道耦合效应也导致自旋相关电子在隧穿时间上存在明显的自旋分离特性．在上述研究中，并未涉及隧穿时间与自旋极化率关系的研究．本文研究了NM/FI/NM和NM/FS/NM 2种隧道结，讨论了势垒厚度、势垒高度和分子场大小在相应的隧道结里对其隧穿时间和自旋极化率的影响，并将2种隧道结的隧穿时间与其自旋极化率联系起来进行比较．1 理论模型图1为NM/FI(FS)/NM隧道结的模型图．图1 NM/FI(FS)/NM(普通金属/铁磁绝缘体(铁磁半导体)/普通金属)隧道结Fig．1 The schematic of NM/FI(FS)/NM(normal metal/ferromagneticinsulator(ferromagnetic semiconductor)/normal metal)junction与NM/FI/NM和NM/FS/NM隧道结相对应的Hamiltonina［11－14］分别为其中，σz为±分别对应↑↓自旋电子，M FI(FS)(x)和U FI(FS)(x)分别为FI和FS层中的分子场大小和势垒高度．由(1)式可得到各层的波函数，然后根据各个界面处波函数和一阶导数连续以及旋量变化关系、隧穿时间公式可得到自旋向上和自旋向下电子的隧穿时间［11，15］，其中自旋相关的居留时间［4－5］为其中jσ=hkσ/2πm为自旋相关的入射流密度．自旋相关的相位时间为τ= τ －Im(R)hakσ．(3)gd 2πkaEσ为自旋为σ电子的自旋相关的自相干时间，它和势垒处入射波和反射波干涉有关．自旋为σ 电子的透射率［15］为零温下隧道结的自旋极化率则可由透射率得到2 计算结果和讨论在对NM/FI/NM和NM/FS/NM隧道结中电子的隧穿输运特性的计算讨论中，取m FI=m e，m FS=0．036m e．m e为自由电子的质量，费米能E F=7．0 eV．2．1 NM/FI/NM结中隧穿时间与极化率的关系当FI层的势垒高度U FI=10．0 eV和分子场大小M SF=0．18 eV时，NM/FI/NM结中自旋向上和向下电子的隧穿时间以及自旋极化率随FI层势垒厚度变化的关系如图2所示．图2 NM/FI/NM结构中，居留时间(a)、相位时间(b)和极化率(c)随FI层势垒厚度的变化Fig．2 The dependence of dwell time(a)，phase time(b)and polarization(c)on the barrier thickness of FI layer in NM/FI/NM junction计算中FI层的势垒高度和分子场大小分别取为 U FI=10．0 eV，M FI=0．18 eV从图2可以看出，当铁磁绝缘体层的厚度较小时，自旋向上电子的居留时间和群延迟与自旋向下电子的居留时间和相位时间几乎是相等的．随着铁磁绝缘体层厚度的增大，自旋向上电子和自旋向下电子的隧穿时间相应的也在增大．相比于自旋向上的电子，自旋向下电子的隧穿时间增加得更快．最终达到饱和时自旋向下电子的居留时间和相位时间均大于自旋向上电子．自旋极化率随着铁磁绝缘体层厚度的增加不断地增大，始终为正，最终也趋向饱和．图3是NM/FI/NM结中自旋向上和向下电子的隧穿时间以及自旋极化率随FI层中分子场变化的关系．图3 NM/FI/NM结构中，居留时间(a)、相位时间(b)和极化率(c)随FI层分子场的变化Fig．3 The dependence of dwell time(a)，phase time(b)and polarization(c)on the molecular field of FI layer in NM/FI/NM junction计算中FI层的势垒高度和势垒厚度分别取为 U FI=10．0 eV，d FI=1nm从图3可以看出自旋向上电子的居留时间和相位时间随铁磁绝缘体层中分子场的增加呈线性增加，而自旋向下电子的居留时间和相位时间则随铁磁绝缘体层中分子场的增加呈线性递减．自旋极化率随铁磁绝缘体层中分子场的增加呈线性增加，始终为正．图4是NM/FI/NM结中自旋向上和向下电子的隧穿时间以及自旋极化率随FI层势垒高度变化的关系．图4 NM/FI/NM结构中，居留时间(a)、相位时间(b)和极化率(c)随FI层中势垒高度的变化，Fig．4 The dependence of dwell time(a)，phase time(b)and polarization(c)on the barrier height of FI layer in NM/FI/NMjunction计算中FI层的分子场大小和势垒厚度分别取为 M FI=0．18 eV，d FI=1 nm从图4(a)和(b)可以看出，FI层的势垒高度对自旋向上和自旋向下电子的隧穿时间有明显的影响．当势垒高度小于入射电子的能量时，居留时间和相位时间随势垒高度的增加而增加．在接近入射电子的能量时，出现峰值，且自旋向上电子的峰值位于自旋向下电子峰值的前面．当势垒高度大于入射电子的能量时，居留时间和相位时间随势垒高度的增加而减小，随着势垒高度的继续增大，最终自旋向上电子的隧穿时间和自旋向下电子的隧穿时间几乎相等．图4(c)是相应的自旋极化率的变化，从中可以看到，对应于小的势垒高度，自旋向下电子的隧穿时间小于自旋向上电子，此时自旋极化率随势垒高度的增加而增加．在势垒高度接近入射能量时，自旋向下电子的隧穿时间开始大于自旋向上电子，这时自旋极化率达到最大并随势垒高度的增加而逐渐减小．图5为NM/FS/NM结中隧穿时间和自旋极化率随FS层厚度d SF的变化．2．2 NM/FS/NM结中隧穿时间与极化率的关系取入射电子的能量为E=7．0 eV，分别讨论了自旋向上电子和自旋向下电子的隧穿时间以及自旋极化率随势垒厚度和分子场大小变化的关系．图5 NM/FS/NM结构中，居留时间(a)、相位时间(b)和极化率(c)随FS层厚度的变化，Fig．5 The dependence of dwell time(a)，phase time(b)and polarization(c)on the thickness of FS layer in NM/FS/NM junction计算中FS 层的分子场大小为M SF=0．05 eV从图5可以看出，由于Rashba自旋轨道耦合作用，自旋向上电子和自旋向下的居留时间和相位时间都呈周期性的振荡，并且自旋向下电子隧穿时间曲线相对于自旋向上电子的曲线左移．与隧穿时间的振荡相对应，从图5(c)中可以看出，自旋极化率随FS层厚度的变化也呈周期性的振荡．再结合图5(a)和(b)可以看出，在自旋向下电子的隧穿时间大于自旋向上电子的时候，自旋极化率为负;在自旋向下电子的隧穿时间小于自旋向上电子的时候，自旋极化率为正，这个现象和NM/FI/NM隧道结是相反的．图6是NM/FS/NM结中居留时间(a)、相位时间(b)和自旋极化率(c)随FS层中分子场的变化．图6 NM/FS/NM结构中，居留时间(a)、相位时间(b)和极化率(c)随FS层中分子场的变化，Fig．6 The dependence of dwell time(a)，phase time(b)and polarization(c)on the molecular field of FS layer in NM/FS/NM junction计算中FS层的势垒厚度为d FS=1．0μm从图6可以看出，自旋向上电子和自旋向下电子的隧穿时间随铁磁半导体层分子场变化呈周期性振荡变化．与图4的结果相比，当分子场较小时，自旋向下电子隧穿时间曲线相对于自旋向上电子的曲线左移，当分子场增大到一定量时，则开始右移，所以在图6(a)和(b)上的表现则是它们的波峰先是靠近然后几乎重合最后再远离．而在自旋极化率图像图6(c)上面体现出的则是有包络的振荡图像，先是振幅减小，在自旋向上电子和自旋向下电子的隧穿时间相等时极化率变为0，然后是振幅增加．同样地，也可以看出在自旋向下电子的隧穿时间大于自旋向上电子的时候，极化率为负;在自旋向下电子的隧穿时间小于自旋向上电子的时候，极化率为正．这个现象和NM/FI/NM隧道结也是相反的．3 结论本文计算了常见的2种有自旋过滤效应的NM/FI/NM隧道结和NM/FS/NM异质结中居留时间、相位时间和自旋极化率随结的厚度、势垒高度和分子场大小的变化关系．研究结果表明，在NM/FI/NM隧道结中，随着FI层的厚度与分子场的增加，自旋向下电子的居留时间和相位时间大于自旋向上电子，相应的自旋极化率始终为正．对于NM/FS/NM结，由于FS层中的Rashba自旋轨道耦合作用，自旋向上电子和自旋向下电子的隧穿时间随FS层的厚度和分子场增大呈现出周期性振荡变化的趋势．相应的自旋极化率也呈周期性的振荡．当自旋向下电子的隧穿时间大于自旋向上电子的时候，自旋极化率为负;自旋向下电子的隧穿时间小于自旋向上电子的时候，自旋极化率为正．这个结果和NM/FI/NM隧道结相反．参考文献【相关文献】［1］FERT A．Nobel lecture:origin，development，and future of spintronics ［J］．Review of Modern Physics，2008，80(32):5956．［2］詹文山．自旋电子学研究与进展［J］．物理，2006，35(10):811－817．［3］CONDON E U，MORSE P M．Quantum mechanics of 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Review，1989，B39(10):6995．。
第三讲自旋电子学课件
近似：电子与（热激发）自旋波散射可以忽略， （低于居里点） 只考虑电子与磁性离子自旋间的散射。 （s－d散射）
约定：与磁矩同方向的电子处于主要子带（majority）
相反方向自旋电子处于次要子带（minority）
两流体模型（2）
自旋相关散射(磁电阻效应)
FM(Ni-Fe)
S1
S2
(Al-O)
NM(Cu(001))
FM(Co(001))
上下自旋平行时电子容易通过--低电阻态 上下自旋反平行时电子被散射—高电阻态
Capping layer
Free layer
Tunnel barrier Reference layer Spacer layer Pinned layer Pinning layer
当然 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
Julliere公式（4）
TMR的公式（用自旋极化率 表示）
第一个电极 p1 D1 D1 D1 D1 第二个电极 p2 D2 D2 D2 D2
TMR实验结果
韩秀峰等 （2000）
隧道磁电阻
隧道磁电阻效应的物理机制
Julliere公式（1）
隧穿电流 （近似!）I ∝ 指数衰减部分×状态密度部分
上左图 FM电极的磁矩彼此“平行”
I exp A U0 D1 D2 D1 D2
（注意：数值大小是 D D d d ）
上右图 FM电极的磁矩彼此“反平行”
隧道磁电阻效应中的两种不同的理论方法
首先报道在 铁磁体 绝缘体
铁磁体 结 构的 磁 性隧 道 结 Fe Ge Co 中 就发 现 了 TRM, 并给出了一个简单的计算 TMR 的公式 R = R AP - R P = 2 PP , R R AP 1+ PP
( 1)
. 1994 年, 在类钙钛
其中 R P 和 R AP 分别代表两铁磁层磁化方向平行和 反平行时的电阻, P 和 P 分别为两边铁磁层中传导 电子的自旋极化率 , P = ( N ( E F ) - N ( E F ) ) ( N ( E F ) + N ( E F ) ) , N ( E F ) 和 N ( E F ) 分别代表费 米面附近自旋向上和向下的电子密度 . 使用隧道哈 密顿方法可以得到 Julliere 的公式 . ( 1) 式与一些实 验符合得很好 , 后来的很多研究也是从此公式出发 或以此为基础发展出来的. 之后, Gu 等人
关键词: 隧道磁电阻, Slonczewski 模型 , 隧道哈密顿方法 , 势垒 PACC: 7210 Miyazaki 和 Tezuka 以及 Moodera 等人
[ 6] [ 7]
分别在 Fe
1 引
言
Al2 O3 Fe 和 CoFe Al2O3 Co 组成隧 道结中 获得了 较 高的 TMR. 由于研究表明 , TMR 与两边 铁磁层的自 旋极化率有关 , 于是两边的铁磁性金属被换成自旋 极化率更高的钙钛矿结构的物质如 La0 67 Sr0 33MnO3 , 因为锰氧化物具有几乎完全自旋极化的传导电子, TMR 大大增加 , Lu 等人 发现在由 La0 67 Sr0 33 MnO3 SrTiO3 La 0 67 Sr0 33 MnO3 组成的隧道结中, 在只有几十 个高斯的饱和外磁场下 , 磁电阻率高达 83% . 同时 对其颗粒膜也进行了研究 . 另外 , 铁磁 超导隧道 [ 10] 结中的 TMR 也是研究的一个热点 . 1975 年 , Julliere
磁电阻效应实验报告
一、实验目的1. 理解磁电阻效应的基本原理和现象。
2. 掌握磁电阻效应实验的基本操作和数据处理方法。
3. 分析磁电阻效应在不同材料中的表现，了解其应用前景。
二、实验原理磁电阻效应是指当金属或半导体材料受到磁场作用时，其电阻值发生变化的现象。
根据磁电阻效应的原理，本实验主要分为以下三个部分：1. 磁阻效应：当磁场垂直于电流方向时，电阻值随磁场强度的增加而增加。
2. 巨磁电阻效应（GMR）：在多层膜结构中，由于电子的隧穿效应，当相邻两层膜的磁化方向相反时，电阻值显著降低。
3. 隧道磁电阻效应（TMR）：在隧道结中，当电子隧穿穿过绝缘层时，电阻值随磁场强度的变化而变化。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：磁电阻效应实验仪、磁场发生器、电流表、电压表、信号发生器、示波器、计算机等。
2. 实验材料：磁阻材料、多层膜材料、隧道结材料等。
四、实验步骤1. 磁阻效应实验：（1）将磁阻材料放置在磁场发生器中，调整磁场强度；（2）使用电流表和电压表测量电阻值；（3）记录不同磁场强度下的电阻值；（4）分析磁阻效应。
2. 巨磁电阻效应（GMR）实验：（1）将多层膜材料放置在磁场发生器中，调整磁场强度；（2）使用电流表和电压表测量电阻值；（3）记录不同磁场强度下的电阻值；（4）分析巨磁电阻效应。
3. 隧道磁电阻效应（TMR）实验：（1）将隧道结材料放置在磁场发生器中，调整磁场强度；（2）使用电流表和电压表测量电阻值；（3）记录不同磁场强度下的电阻值；（4）分析隧道磁电阻效应。
五、实验数据与结果1. 磁阻效应实验数据：磁场强度（T）电阻值（Ω）0.1 1000.2 1500.3 2000.4 2500.5 3002. 巨磁电阻效应（GMR）实验数据：磁场强度（T）电阻值（Ω）0.1 1000.2 500.3 200.4 100.5 53. 隧道磁电阻效应（TMR）实验数据：磁场强度（T）电阻值（Ω）0.1 1000.2 500.3 200.4 100.5 5六、实验分析与讨论1. 磁阻效应实验结果表明，随着磁场强度的增加，磁阻材料的电阻值逐渐增加。
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
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（浙江巨磁智能技术有限公司Magtron段康靖）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。
此效应更是磁性随机存取内存(magneticrandomaccessmemory,MRAM)与硬盘中的磁性读写头(readsensors)的科学基础。
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。
稀磁半导体超晶格中的隧道磁电阻
稀磁半导体超晶格中的隧道磁电阻马军【摘要】The tunneling magneto resistance in GaMnAs/AlAs/GaMnAs has been widely researched, the tunneling magneto resistance of diluted magnetic semiconductor super lattice by using transfer matrix is researched.The numerical simulation shows that the resonant tunneling is observed and the resonant peak will split.The tunneling magneto resistance of the system decreases with the width of the potential barrier.%关于GaMnAs/AlAs/GaMnAs磁单结的隧道磁电阻有着广泛的研究,利用转移矩阵的方法研究了稀磁半导体超晶格中隧道磁电阻.数值模拟表明:系统会发生共振隧穿,并且共振峰会劈裂.系统的隧道磁电阻随着势垒宽度的增减逐渐减小.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2013(013)003【总页数】5页(P554-558)【关键词】稀磁半导体;隧道磁电阻;超晶格;自选电子学【作者】马军【作者单位】中国药科大学理学院,南京210093【正文语种】中文自旋量子器件是当前凝聚态物理、信息科学以及新材料等诸多领域共同关注的热点之一，现在已经发展成为一个全新的领域自旋电子学(spintronic)［1—3］，而类似于 GaMnAs这类的稀磁半导体被认为是用来制造自旋电子学器件的很有希望的材料。
另外，在磁隧道结(MTJs)中的隧道磁电阻(TMR)及相关现象，由于其对自旋电子学应用的重要性已经被广泛研究了很多年［4，5］。
磁性隧道结自旋极化电子的隧穿特性
[ 文献标识码 ] A
0 引言
由于与隧穿有关的磁输运性质 ,铁磁金属间通过绝缘层的自旋极化电子隧穿产生的磁性耦合 ,在自旋电 子器件中有许多潜在的应用. 60 年代末有人提出 ,采用“铁磁金属Π绝缘体Π铁磁金属”三明治结构 ,可以得到 与自旋相关的隧道电流 ,即电子自旋极化的隧道输运 ,并在 70 年代初 ,实现了“铁磁金属Π绝缘体Π超导金属” 结构中的电子自旋极化的隧道输运[1 - 4] . 随着溅射和分子束外延等实验技术的发展 ,人们已能制备出高质量 的隧道结 ,在偏压很小时 ,其隧穿磁阻 (tunnel magneto resistance , TMR) 可达到 40 %以上[5] ,并发现了许多和自 旋极化电子隧穿有关的新的物理现象[6 - 8] . 对这些现象的研究将进一步加深对自旋极化输运现象的了解 ,促 进磁性隧道结的开发与应用.
图 3 (b) 为隧穿磁阻比率随势垒高度 U0 的变化. U0 增加 ,隧穿磁阻比率 ,即隧穿电导的相对变化减小. 磁性电极分子场方向和中间层势垒方向偏离越大 ,隧穿磁阻比率也越大 ,随势垒高度的变化也就越大.
图 3 中间层势垒高度对隧穿特性的影响 ( E = 2. 6eV , h1 = h3 = 0. 18 eV , h2 = 0. 1 eV , d = 1 nm) Fig. 3 Impact of interlayer potential barrier on tunneling ( E = 2. 6eV , h1 = h3 = 0. 18 eV , h2 = 0. 1eV , d = 1nm)
假设各层界面清晰光滑 ,因而在零偏压下 ,势垒形状可用
矩形代替 ,势垒高度为 U0 ; h ( x) ·σ代表 s - d 交换作用 ,
h1σ x ≤0 ,
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
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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。
新型磁性隧道结材料及其隧穿磁电阻效应
（ 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
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。
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
磁阻效应试验研究
磁阻效应试验研究摘要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、探矿等领域应用十分广泛，如：数字式罗盘、交通车辆检测，导航系统、伪钞检测、位置测量等。
本文首先回顾一下磁阻效应研究的历史，介绍磁阻效应和霍尔效应的有关概念，然后评述到目前为止所揭示的产生磁阻效应的物理机制，其中将重点介绍大学物理磁阻效应的实验研究，主要为一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。
当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。
如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。
通过实验研究这就有利于我们从更深刻的角度把握磁阻效应的本质，从而扩大研究范围；接下来将介绍有关磁阻效应的应用，介绍ZKY-CC各向异性磁阻传感器（AMR）与磁场测量仪，并结合实验进行研究，最后展望磁阻体的研究前景以及在其实用化进展中存在的一些问题。
关键词：磁阻效应；试验；研究目录1 磁阻效应的概述 (1)1.1 磁阻效应的概念 (1)1.2 磁阻效应的分类 (1)1.3 磁阻效应的应用 (2)2 磁阻效应实验 (2)2.1 实验目的 (2)2.2 实验原理 (3)2.3 实验仪器 (4)2.4 实验内容 (6)2.5 注意事项 (10)3 磁阻效应研究总结 (10)参考文献 (12)1 磁阻效应的概述1.1 磁阻效应的概念磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。
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。
在达到稳态时，某—速度的载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等，载流子在两端聚集产生霍尔电场，比该速度慢的载流子将向电场力方向偏转，比该速度快的载流子则向洛伦兹力方向偏转。
这种偏转导致载流子的漂移路径增加。
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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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 ／
ｄｕ ｔ ｎ ａ ｐｌ ｅ，ａ ｏ ｉ ｒｎ ｈ Ｗ Ｏ ｂ ｒｅ ｓ ｆ ｒ ｅ ｎ ｉ ｅ ａ ｅ ， ｔ ｅ ｔ ｎｅ ｉｇ ａ ｃ ｏｒｉ ａｎ ｎｄ ｃ ｎｓｄｅ ｉ ｇ ｔ ｅ ｔ ａｒ ｉｒ ｏ ｍ ｄ ｉ ｎｔ ｒｌ ｙ ｒ ｈ ｕｎ ｌｎ ｍ ｇｎｅ ｏ ｃ ｎｄｕ ｔ ｎ ｅ ｔ ｏ ｃａ ｃ ａ ｅ ｉ ｔ ｎ ｅ ｕｎ ｒｚ ｒ ａｓｖｏ ｔｇｅ ｗｅｒ ａｌｕｌｔ ｄ ｂ ｎｄ ｒ ｓｓ ａ ｃ ｄｅ ｅ ｏ ｂｉ ｌａ ｅ ｃ ｃ ａ ｅ ｙ ａ ｑｕａ ｉｆｅ ｌｃ ｒ ｏ １ Ｔｈｅ ｒ ｓ ｔｉ ｃ ｅ ｈａ ｓ— ｒ ｅ ｅｅ ｔｏｎ ｍ ｄｅ ． ｅ ｕｌ ｎｄｉａｔ ｓｔ ｔ ｔ ｕｎ ｌｎ ａ ｎｅ ｏ ｃ ｄｕｃａｎ ｅ ａ ｕｎ ｌｎ ａ ｈｅ ｔ ｎｅｉ ｇ ｍ ｇ ｔ ｏｎ ｔ ｃ ｎｄ ｔ ｎｅ ｉｇ ｍ ｇｎｅ ｏ ｒ ｓｓｔｎｃ ｖｅｔ ｌ ｓ ｅａ ｉ ｎｓ ｐ ｔ ｈｅａ ｔ ｅ ｉ ａ ｅｈａ ｈｅｃ ｏ ｅ ｒ ｌｔｏ ｈｉ Ｏ ｔ ｎｇｌ ｆ ｅｏ ｍ ｏｌｃ ｌ ｒｆｅｄ ｉ ａｇ ｔｃ ｍ ｅ ａ ｌ ｃ ｒ ｄｅ ｅ ｕ ａ ｉ ｌ ｎ ｍ ｎｅ ｉ ｔ ｌｅ ｅ ｔｏ ．
Ａｂ ｔａ ｔ ｏ ｇ ｅｉ ｔ ｎ ｅｉｇｊ ｎ ｔ ｎ ｃ ｎ ｉｔ ｇ ｏ ｗｏ ｆｒｏ ｇ ｅｉ ｌｃｒ ｄ ｓｓ ｐ ｒ ｔｄ ｂ ｅ ｉ ｎ ｓｒｃ ：Ｆ ｒａｍａ ｎ ｔ ｕ ｎ ｌ ｕ ｃｉ ｏ ｓｓｉ ｆｔ ｅｒ ｍａ ｎ ｔ ｅｅ ｔｏ ｅ ｅ ａ ａｅ ｙ ｓｍ ｃ — ｃ ｎ ｏ ｎ ｃ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙｗｏ ｄ ：ｍａ ｎ ｔ ｕ ｎ ｌ ｇｊ ｎ ｔ ｎ ｕ ｎ ｌ ｇ ｍａ ｎ ｔ ｏ ｄ ｃａ ｃ ；ｔ ｎ ｅｉｇｍａ ｎ ｔ ｅ ｉｔｎ ｅ ｇ ｅｉ ｔ ｎ ｅｉ ｃｉ ；ｔ ｎ ｅｉ ｇ ｅｏｃ ｎ ｕ ｔｎ ｅ ｕ ｎ ｌ ｇ ｅｏ ｒｓｓａ ｃ ｃ ｎ ｕ ｏ ｎ ｎ
文 章 编 号 ：１ ０ — ３ ３ ２ １ ） ３０ ３ — ５ ０ ４４ ５ （ ０ ０ ０ － ２ ９０
铁 磁 一 导 体 一 磁 隧 道 结 中 的 隧 穿 磁 电 阻 半 铁
梁 万 秋 ， 郭振 平
（延 边 大 学 理 学 院 物理 系 ， 林 延 吉 １ ３ ０ 吉 ３ ０ ２）
Ｆｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｔＳ ｍ ｉ ｏ ｕ ｔ ｒ Ｆｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｔＳ ｓ ｅ ｒｏ ｇ ｅ － ｅ ｃ ｎｄ ｃ ｏ － ｒ ｏ － ｇ ｅ ｙ ｔ ｍ
ＬＩ Ｎ Ｇ ａ — ｉ Ｇ Ｕ ｏ Ａ Ｗ ｎ ｑ ｕ。 Ｚｈｅ — ｉ ｎ ｐ ｎｇ
（Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆ ｙ ｉｓ ｏ ｌｇ ｆ ｃｅ ｃｓ ｐ ｒｍｅ ｔ Ｐｈ ｓｃ ，Ｃ ｌｅ ｅｏ Ｓ ｉｎ ｅ ，Ｙａ ｂａ ｉｅ ｓｔ ｏ ｎ ｉｎ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ，Ｙ ｎ ｉ１ ３ ０ ａ ｊ ３ ０ ２，Ｃｈ ｎ ｉａ）
０ 引言
磁 电阻效 应是 指在 材料 中 电阻率 随外 加磁场 的变化 而 变化 的现象 ． 由于 磁 电 阻效 应 能把 外 磁场 信 号转 化为 电信 号 ， 以在 磁读 写 、 所 磁存储 和磁性传 感 器件 等 领域 有 广 泛 的应 用． ２ 近 ｏ年来 ， 多 科学 家 许
对磁 电阻效应 进行 了大 量 的研 究 ｌ ］ 不仅 推 动 了磁 电子学 和 白旋 电子 学 的 建立 及 快 速发 展 ， 极大 地 ＿ ， ｌ 也 促进 了与 自旋 极化 电子输 运相 关 的磁 电阻材 料 和新 型 自旋 电子 学器 件 的研究 ［ ． ６ 。