论文摘要
从巨磁阻效应（GMR）被发现后,自旋电子学逐渐从磁性物理学中分离出来成为了一门独立的新兴学科,在信息的存储及处理领域具有重要的应用。自旋电子学的发展为电子器件的设计提供了新的思路,由此产生了自旋电子器件的概念。不同于传统的电子器件,自旋电子器件是通过对电子自旋的调控来实现器件功能。比起磁场或自旋极化电流,通过电场来调控自旋更高效节能,因此有效的通过电场调控磁性成为自旋电子学领域长期追求的目标,目前大部分这方面的研究工作集中在多铁材料上。设计制备新型自旋电子器件少不了对其组成材料的探索,迄今为止,自旋电子器件主要基于铁磁体来制备,例如磁隧穿结、自旋阀等,已广泛应用于数据存储领域。电控磁在铁磁材料中也取得了很大的进展,已成功实现电场对矫顽场,居里温度等的调控,但当涉及电场对饱和磁矩的调控,相关工作非常少。从应用的角度来说,反铁磁材料相比于铁磁材料有其独特的优点。反铁磁材料不易受电离及磁场的干扰,特征频率以及状态转换频率比典型的铁磁材料要高几个数量级且半导体中的反铁磁有序比铁磁有序更易观测到。这些优点使得反铁磁材料成为极具吸引力的自旋电子材料,然而,目前对反铁磁磁矩的调控仍然是非常大的挑战。此外,二维磁性材料,由于具有响应快以及功耗低的优点,在自旋电子学中具有巨大的应用潜力,此类材料无论在基础研究方面还是在新型自旋器件制备方面都有着重要的研究意义。但目前发现的二维磁性材料很少,对其磁电性质的研究工作也很少,急需对其进行进一步的探索。综上所述,基于铁磁材料、反铁磁材料以及二维磁性材料的自旋电子器件都有广泛的应用,同时也存在很多的挑战,因此本文分别从这三个方面入手来研究自旋电子器件:基于铁磁材料,设计并制备自旋电容,通过电场来调控其磁性;研究反铁磁器件的室温磁性调控;制备二维磁性材料并研究其磁电特性。在自旋电子器件的研究方面开展了以下工作:1.基于表面磁电效应,设计了柱状阵列结构的自旋电容。为了实现器件的制备,自主搭建了3D直写设备,成功在氧化铟锡（ITO）导电玻璃衬底上制备了柱状铁磁金属Ni,并在此基础上沉积了绝缘层Al2O3,构成了柱状阵列结构的自旋电容器件。对器件进行了性能测试,结果表明,虽然可以看到器件是具有存储能力的,但由于器件要求绝缘层的厚度很薄,导致器件易被击穿,使得器件的可重复性及利用率很低,且器件制备方法繁琐,磁性测试难度大。2.在柱状阵列结构自旋电容器件的基础上,设计了基于Ni/Cu的同轴圆柱结构的自旋电容,引入离子胶技术代替Al2O3绝缘层。相对于传统层状结构,比表面积大大增加;更重要的是离子胶技术可实现强电场且利于磁性测试。改进后的自旋电容表现出了优异的性能,室温下,仅2 V电压即可使器件的饱和磁矩增大18%。另外,将这种结构应用于铁磁/非铁磁界面更多的金属铁铂（Fe Pt）中,使得器件性能得到了进一步提高。3.设计了Co/IrMn异质结结构,通过铁磁与反铁磁的层间相互作用来实现室温反铁磁磁矩的调控。利用磁控溅射与光刻技术制备了Co/IrMn异质结器件,对器件进行了各向异性磁阻（AMR）测试,结果表明Co/IrMn异质结的AMR相比Co单层的AMR增加了一个数量级,成功实现了室温反铁磁磁矩的调控;进一步对器件的交换偏置进行了研究,发现其在垂直方向具有巨大的交换偏置。4.制备了单层及少层硒化钒,对制备的薄膜进行了一系列光学以及电学表征。利用干法转移将单层及少层硒化钒薄片制成器件,发现当厚度降到单层时,硒化钒会由导体转化为半导体;系统的研究了硒化钒的拉曼光谱,总结了拉曼光谱随薄膜厚度变化的规律,发现拉曼光谱可作为无损检测硒化钒厚度的可靠工具。5.用磁控溅射的方法制备大尺寸、均匀连续的二维磁性材料CrGeTe3（CGT）,研究了不同衬底温度对薄膜制备的影响,发现自生长得到的薄膜是Cr Te以及Ge Te的混合物,没有得到CGT。接着又尝试着对其进行退火,退火后得到了CGT,Cr2Te3和Cr的混合物薄膜。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 王韵秋
导师: 彭晖
关键词: 表面磁电效应,自旋电容,反铁磁磁矩调控,二维磁性材料
来源: 华东师范大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 物理学
单位: 华东师范大学
分类号: O482.52
总页数: 133
文件大小: 6974K
下载量: 516