Fe4N基雙層膜和有機自旋閥的結構、磁性和磁電阻效應.pdf

1、由于較高的飽和磁化強度、居里溫度以及高自旋極化率，F(xiàn)e4N薄膜在自旋電子學器件中具有潛在的應用價值。在實際應用中，為了降低功耗，交換偏置結構成為隧道結或者自旋閥中必不可少的組成部分。但是Fe4N體系的交換偏置現(xiàn)象還沒有人研究過。另外，有機自旋閥因其較低廉的成本價格、較好的柔性，使其更有應用前景，因此我們將Fe4N與有機半導體結合起來，研究Fe4N基有機自旋閥的磁電阻效應。
　　我們采用對向靶反應濺射法，制備了外延Fe4N/CoN雙

2、層膜，對其結構、交換偏置以及各向異性磁電阻(AMR)進行了詳細的研究。結合有機氣相沉積法，我們還制備了Fe4N/Alq3/Co有機自旋閥，主要對其結構、磁性和磁電阻效應進行了深入的研究。
　　外延Fe4N/CoN雙層膜的交換偏置隨著溫度的升高出現(xiàn)從負到正的轉變，這一轉變不依賴于冷卻磁場和磁鍛煉效應。正交換偏置主要是反鐵磁界面耦合以及受阻挫的界面自旋結構導致的。在不同F(xiàn)e4N和CoN厚度的樣品中均出現(xiàn)了交換偏置符號的轉變行為，而且不

3、僅僅出現(xiàn)在低溫下。當CoN厚度為10和12nm時，轉變溫度高達200K。此外，對于Fe4N厚度為4nm的Fe4N/CoN雙層膜，界面磁化翻轉呈現(xiàn)復雜的變化趨勢，磁滯回線不再平滑，這可能是無序的鐵磁自旋翻轉和各種競爭的磁結構的共同作用。
　　Fe4N/CoN雙層膜的AMR也反映了交換偏置現(xiàn)象。在低溫下，相位的滯后和矩形狀的AMR出現(xiàn)，這與界面交換耦合相關。交換偏置場的存在使得磁化強度滯后于外加磁場，故而出現(xiàn)相位的滯后。隨著Fe4N厚

4、度的增加，矩形狀的AMR愈加明顯。交換偏置誘導的單向各向異性、Fe4N本征的AMR以及界面自旋散射誘導的高階各向異性這三者的共同作用最終導致了矩形狀AMR的出現(xiàn)。
　　不同Alq3厚度的Fe4N/Alq3/Co有機自旋閥表現(xiàn)出負磁電阻效應，這一現(xiàn)象可以歸因于兩個鐵磁層/有機層界面相反的有效自旋極化率。低溫下，F(xiàn)e4N/Alq3/Co有機自旋閥的磁電阻曲線不對稱，對應于磁滯回線的不對稱。Alq3/Co界面處復雜的磁結構導致了這種不對