技術(shù)資料

自旋電子學(xué)-超高真空磁控濺射

自從1980年在固態(tài)器件中發(fā)現(xiàn)了與電子自旋有關(guān)的電子輸運(yùn)現(xiàn)象，出現(xiàn)了自旋電子學(xué)。

1986年，Grunberg 發(fā)現(xiàn)Fe/Cr/Fe三明治結(jié)構(gòu)中存在層間反鐵磁耦合。PRL, 57, 2442(1986)

1988年，法國(guó)科學(xué)家Fert小組在[Fe/Cr]周期性多層膜中，觀察到當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，其電阻變化率高達(dá)50%,因此稱之為巨磁電阻效應(yīng)（Giant Magnetoresistance，GMR）。在反鐵磁耦合的多層膜中，出現(xiàn)巨磁電阻的必要條件就是近鄰磁層中的磁矩相對(duì)取向在外磁場(chǎng)的作用下可以發(fā)生變化，因此需要很高的外磁場(chǎng)才能觀察到GMR效應(yīng)，不適合于器件應(yīng)用。后來(lái)，人們?cè)O(shè)計(jì)出一種三明治結(jié)構(gòu)使相鄰鐵磁層的磁矩不存在（或很?。┙粨Q耦合，在較低的外磁場(chǎng)下相鄰鐵磁層的磁矩從平行排列到反平行排列或從反平行到平行排列，從而引起磁電阻的變化，這也就是所謂的自旋閥結(jié)構(gòu)（spin valve）。自旋閥結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)使得巨磁電阻效應(yīng)的應(yīng)用很快變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 PRL, 61, 2472(1988)

1995年，人們以絕緣層Al2O3代替導(dǎo)體Cr，在Fe/Al2O3/Fe三明治結(jié)構(gòu)中觀察到很大的隧道磁電阻（Tunneling Magnetoresistance, TMR）現(xiàn)象，開(kāi)辟了自旋電子學(xué)的又一個(gè)新方向。除了上面提到的磁性多層結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體自旋電子學(xué)如磁性半導(dǎo)體，磁性/半導(dǎo)體復(fù)合材料，非磁性半導(dǎo)體量子阱和納米結(jié)構(gòu)中的自旋現(xiàn)象以及半導(dǎo)體的自旋注入的研究在GMR發(fā)現(xiàn)后也變得十分活躍，極大地豐富了自旋電子學(xué)的內(nèi)容?？梢哉f(shuō)，自旋電子學(xué)目前正處于發(fā)展時(shí)期，很多新的現(xiàn)象和應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們認(rèn)識(shí)水平的提高將會(huì)不斷被揭示和發(fā)現(xiàn)。J.MMM. 139, L231-151(1995)