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自旋电子学的发展对于社会的进步产生了重大的影响,促进了信息时代的发展。对于自旋的操控打开了电子新的维度,自旋的产生,探测技术也取得了巨大的进步。有机材料由于小的自旋轨道耦合以及弱的超精细相互作用可以使电子自旋保持更长的弛豫时间。铁电材料可以通过电场调控材料的性质,将铁电材料引入自旋阀中有望实现对器件性能通过磁场和电场的多组态调控。这对于发展新一代的小型化以及高速的电子器件有重要意义。计算材料学在近年来也得到了飞速的发展。从计算的角度设计材料,并指导材料的制备有利于环境友好型的发展。随着器件尺寸的进一步缩小,研究纳米尺度下的磁耦合对于器件的小型化至关重要。虽然铁电材料控制材料的磁性能得到了巨大发展,但是通过有机铁电材料控制器件的磁电阻一直处于理论研究阶段。所以实现电场对于有机铁电自旋阀的控制具有重要的实际应用价值。多层膜器件中的磁耦合对于器件的性能有重要影响。特别是在纳米尺度下量子效应将变的越来越明显并对某些物理性能起主导作用,研究纳米级的磁耦合对器件的制备具有重要的意义。有机铁电材料聚偏氟乙烯(Polyvinylidene difluoride,PVDF)在计算上证实可以通过控制极化方向控制自旋阀的磁电阻率及实现电场对自旋阀器件性能的调控。所以本实验首先制备了 PVDF薄膜,并对其性质进行进一步的研究。发现通过Langmuir-Blodgett(LB)膜方法制备的PVDF为具有铁电性的β相,并以PVDF为中间层制备自旋阀。并对器件的磁电阻现象进行了系统的研究,并对电子自旋在其中的传输机制进行了分析。由于电极材料对自旋阀的性能有重要的影响以及Mn Ga材料在自旋转移力矩中有巨大的应用前景。本文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算了L10-MnGa与不同层数的Co(Fe)之间的磁耦合,发现在纳米尺度下量子效应会对材料的磁耦合产生重要的影响。具体取得如下主要研究结果:1.通过LB膜方法制备了高质量的PVDF薄膜,通过红外光谱铁电性分析证明所制备的薄膜为具有铁电性的β相。以PVDF中间层制备了自旋阀,在室温下测得了大于2%的磁电阻率。这从实验室证明了以PVDF做为有机层制备自旋阀的可行性,室温下的磁电阻响应也是器件在室温下应用的基础。2.发现随着自旋阀中有机层厚度的增加以及测量温度的升高,自旋阀的磁电阻值在下降,这说明温度以及有机层厚度的增加会增加对电子自旋的散射,导致器件磁电阻率的降低。随着PVDF厚度的增加器件的电阻值出现了非线性的上升,这主要是由于当PVDF较薄是电子通过量子隧穿从一个电极传输到另一个电极,而当PVDF的厚度增加时电子的传输转变为了在分子间的跳跃传输。3.通过第一性原理计算了 L10-MnGa(001)面不同截断面的表面能,发现L1o-MnGa以Ga截断的表面能更低,并且L10-MnGa/Co(Fe)以Ga截断的界面能更低。以Ga为截断面计算了不同厚度的Co和Fe与L10-MnGa的磁耦合。发现Co和Fe与L10-MnGa的有不同的耦合方式。Fe与L10-MnGa一直是铁磁性耦合,但耦合能的大小随着Fe厚度的增加发生振荡。Co与L10-MnGa的磁耦合方式不同,随着Co厚度的增加Co与L10-MnGa耦合在铁磁与反铁磁耦合之间振荡。4.虽然磁耦合振荡的周期与Co薄膜中磁晶各向异性能的振荡一致,但通过能带、量子阱态(Quntum well states,QWS)能量以及费米面截面图的分析,证明L10-MnGa/Co(Fe)磁耦合振荡并不是来源于Co(Fe)自旋向下的△5和△2能带。通过对Co(Fe)费米面截面图和L10-MnGa/Co(Fe)能带图的分析,进一步证实Co(Fe)能带中X点的电子受到束缚所形成的QWS导致了 L10-MnGa/Co(Fe)磁耦合振荡。最后,我们采用一维有限深方势阱模型解释Co或Fe在不同状态下X点所对应的能带数量的差异。