物理学研究进展:巨磁电阻效应:巨磁电阻及其原理—1.ppt

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物理学研究进展:巨磁电阻效应:巨磁电阻及其原理—1

铁磁金属(Fe, Co, Ni)电子能态密度曲线示意图 铁磁金属中s电子和d电子能带交叠 MR 的定义 GMR and 磁性多层膜层间耦合 自旋相关散射的原理 d电子能带作用 自发磁化:磁交换作用使d电子能带分裂 自旋向上和自旋向下电子数不等 如Ni, 5个d电子自旋向上, 4.42个d电子自旋向下, M=0.58个电子磁矩/原子 导致与自旋有关散射! s-d散射是主要散射机理,散射率正比于终态态密度 MR 的定义 GMR and 磁性多层膜层间耦合 自旋相关散射的原理 s电子和d电子能带交叠 s电子:宽能带,低态密度,小m*; d电子:窄能带,高态密度,大m*; s电子数目d电子数目: 如Ni,每个原子有10个价电子,d带占9.42个,s带占0.58个 电流主要由s电子贡献(迁移率高) 铁磁金属 大交换劈裂使d↑带基本处于费米面之下,故N↑(EF)仅来自于s电子; d↓带与费米面相交,故N↓(EF)来自于s↓+d↓总和; MR 的定义 GMR and 磁性多层膜层间耦合 自旋相关散射的原理 对于s电子 对于Co 对于坡莫合金(FeNi) ?~? MR 的定义 GMR and 磁性多层膜层间耦合 自旋相关散射的原理 自旋相关散射依赖于电子自旋平行还是反平行于磁化强度M 自旋反平行于M的s电子受到的散射大? Fe Co Ni Fe Co Ni MR 的定义 GMR and 磁性多层膜层间耦合 自旋相关散射的原理 spin-dependent scattering(散射) 平行结构 反平行结构 MR 的定义 GMR and 磁性多层膜层间耦合 自旋相关散射的原理 自旋扩散长度: 几十nm,相应磁性材料结构必须能够控制在nm量级或更小!自旋相关导电才能表现出来; 最近十年中,原子规模材料生长和测量水平得到相互促进和发展,产生出具有各种新现象人工纳米结构。先进测量手段,使人们成功地观测到纳米结构产生微弱信号。这样又使得精确控制磁性材料纳米尺寸结构成为可能。 为什么以前没有发现自旋相关散射? MR 的定义 GMR and 磁性多层膜层间耦合 自旋相关散射的原理 结束语 人类已利用电子荷电性在半导体芯片上创造了今天信息时代,自旋极化输运将给人类带来也许又是一片广阔天地,同时利用电子电荷与电子自旋; 尽管五十年前或者更早一点年代就可找到自旋极化输运踪迹,但人类开始认识并试图驾驭它则是近十几年事。 磁电子学给予人类以梦想与希望,同时也给予我们更多、更大挑战。 MR 的定义 GMR and 磁性多层膜层间耦合 自旋相关散射的原理 本讲复习思考题 请叙述磁电阻的定义; 一般金属都存在的正常磁电阻(Ordinary MR, OMR),特点; 请叙述巨磁电阻特点; GMR and磁性多层膜(超晶格)的表现特点; 请说明自旋相关散射的原理; 为什么以前没有发现自旋相关散射? MR 的定义 GMR and 磁性多层膜层间耦合 自旋相关散射的原理 School of Physics and Microelectronics Science 物理学研究进展(物理学博士) 巨磁电阻及其原理 物理与微电子科学学院 School of Physics and Microelectronics Science 内存? 硬盘? 怎么读出? 怎么写入? 涉及到磁性材料! 2007年诺贝尔物理奖颁发给GMR的发现 PRL, A. Fert et al, 61, 2472 (1988) PRB, P. Grünberg et al, 39, 4828 (1989) Albert Fert 磁感应强度 Peter Grünberg ?R/R (%) 磁场 电阻 Dr. Stuart S.P. Parkin is an experimental physicist at IBM’s Almaden Research Center in San Jose(圣荷西), California. His discoveries into the behavior of thin-film magnetic structures

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