鐵磁-半金屬隧道結(jié)中的自旋極化輸運(yùn).pdf

1、近年來，隨著納米技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，自旋電子學(xué)成為飛速發(fā)展的前沿學(xué)科領(lǐng)域之一，它是以研究介觀和微觀尺度范圍內(nèi)自旋極化電子的輸運(yùn)特性(包括自旋極化、自旋相關(guān)的散射與自旋弛豫等)以及基于它的這些獨(dú)特性質(zhì)而設(shè)計(jì)、開發(fā)與應(yīng)用的一門新的交叉學(xué)科。其中，自旋極化電子的輸運(yùn)問題已經(jīng)成為當(dāng)前凝聚態(tài)領(lǐng)域中的熱門課題之一。本文就鐵磁／半金屬隧道結(jié)中的自旋極化輸運(yùn)和隧道磁電阻效應(yīng)的一些問題作了理論研究。 本論文首先簡要介紹了磁電阻效應(yīng)的一些背景知識；研

2、究隧道磁電阻中常用的模型和相對應(yīng)的計(jì)算方法：Julliere模型和隧道哈密頓方法，Slonczewski模型和量子力學(xué)的隧穿方法，并對兩種理論方法作出了比較。 然后，我們研究了一個(gè)二維鐵磁層／半金屬層／鐵磁層隧道結(jié)，即FM/HM/FM中的自旋極化輸運(yùn)問題，在這個(gè)隧道結(jié)中添加一個(gè)半金屬層是為了提高傳輸電子的自旋極化率?？梢园l(fā)現(xiàn)電子的遂穿系數(shù)都表現(xiàn)出共振隧穿特性。隨著半金屬層中的勢壘高度，厚度和自旋劈裂能差值的增加，TP↓↓和TAP

3、振蕩逐漸加快，但TP↑↑沒有變化。此外，當(dāng)半金屬層的的勢壘高度和自旋劈裂能差值的取值增加時(shí)，TMR的值有明顯的增大?？梢?，在半金屬層中，除了交換劈裂能對隧道結(jié)的透射系數(shù)和隧穿磁電阻有很大的影響之外，半金屬層的晶體結(jié)構(gòu)、鍵的性質(zhì)等對能隙的影響(文中用半金屬層勢壘高度來模擬)也不可忽視，半金屬材料對提高隧道結(jié)的磁電阻是十分有利的。 最后我們考慮了一個(gè)雙隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，在FM/I/I/FM結(jié)中插入了一個(gè)半金屬層，將自旋極化度很高的電子注入

4、基本的隧道結(jié)中，得到了鐵磁／半金屬雙隧道結(jié)。并采用散射方法，即量子力學(xué)的隧穿方法討論這個(gè)隧道結(jié)中的隧穿共振和TMR等問題。結(jié)果表明鐵磁半金屬雙隧道結(jié)與簡單的鐵磁／半金屬隧道結(jié)的遂穿系數(shù)有著類似的特性，例如共振遂穿等。但添加了絕緣層之后的隧道結(jié)電子透射系數(shù)的共振峰波寬變窄。并且絕緣層對隧穿磁電阻的作用也是不可忽視的，隨著絕緣層勢壘高度v的增加，TMR所能達(dá)到的極值的絕對值也在變大。說明在絕緣層和半金屬層的共同作用下，隧道結(jié)的自旋過濾作用更