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外延Fe4N/云母(Mica)柔性异质结构的磁性和输运特性的应力调控

批准号:
52071233
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
王立英
依托单位:
学科分类:
金属信息功能材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王立英

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
柔性自旋电子学器件具有可卷曲性、便携性、体积小、低能耗等优点,是材料科学、凝聚态物理学和微电子学等领域的研究热点。立方反钙钛矿Fe4N的结构简单、稳定性好、磁化强度高、自旋极化率高、居里温度高,是自旋注入源的候选材料,在自旋电子器件上具有重要的应用价值。本项目拟采用对向靶反应溅射法在柔性云母(Mica)基底上制备外延Fe4N薄膜,形成Mica/Fe4N、Mica/Fe4N/NiMn、Mica/Fe4N/Cu/Co(Co40Fe40B20)、Mica/Fe4N/MgO/Co40Fe40B20等柔性异质结构;研究应力对磁性和电输运特性的调控;结合实验与理论,揭示应力对磁各向异性、交换偏置、磁电阻等调控的物理机制。对外延Fe4N基柔性异质结构的磁性和电输运特性的应力调控及物理机制的深入研究,可丰富对柔性磁性薄膜及异质结构中物理现象的了解与认识,为其在柔性自旋电子学器件上的应用提供实验和理论依据。
英文摘要
Flexible spintronics is one of the hot topics in the fields of materials sciece, condensed matter physics and microelectronics because the flexible spintronic devices have the advantages of stretchable characteristic, portability, small size and low energy exhaust, etc. The cubic antiperovskite Fe4N is the potential canditate of spin injection sources due to its simple lattice structure, easy fabrication, high corrosion resistance, high antioxidation, good thermal stability, high saturation magnetization, high spin polarization, high Curie temperature, etc, which has the important practical applications in the spintronic devices. In this proposal, the epitaxial Fe4N films will be fabricated on flexible mica substrates to form the Mica/Fe4N, Mica/Fe4N/NiMn, Mica/Fe4N/Cu/Co(Co40Fe40B20) and Mica/Fe4N/MgO/Co40Fe40B20 flexible heterostructures by facing-target magnetron reactive sputtering. The strain modulation on the magnetic and electronic transport properties of the epitaxial Fe4N films based flexible heterostructures will be investigated in details. Based on the experimental and theoretical results, the physical mechanism of stain tailored magnetic anisotropy, exchange bias, magnetoresistance, Hall effects, etc will be clarified. These results can make the physical phenomena in flexible magnetic films and heterostructures clear, which can provide the experimental and theoretical basis for the practical applications in flexible spintronic devices.
如何将“自旋电子学”和“柔性电子学”结合并应用于可穿戴的自旋电子学器件,实现应力对磁性和自旋相关输运特性的调控成为自旋电子学领域的研究热点课题。因此,制备高质量柔性铁磁性薄膜及异质结构,实现应力调控磁性和自旋相关输运特性,是实现柔性自旋电子学器件的关键。本项目制备了外延Fe4N/云母柔性异质结构,表征并分析了样品的微观结构和磁性,发现弯曲应力可以明显地调控样品的磁化强度。计算并分析了应力对Fe4N的磁各向异性的影响,为揭示应力调控延Fe4N/云母柔性异质结构的磁化强度的物理机制提供理论依据。制备了外延NiMn/Fe4N/云母柔性异质结构,并研究弯曲应力对交换偏置的调控作用。利用对向靶磁控溅射法制备了Co/Cu/γ′-Fe4N/云母柔性自旋阀,系统地研究了Co/Cu/γ′-Fe4N/云母柔性自旋阀的磁性和电输运特性及应变调控。在云母基底上制备的多晶Mn4N薄膜具有低饱和磁化强度(50 emu/cm3)和垂直磁各向异性。在弯曲半径为2 mm的拉伸应变下,Mn4N(11.0 nm)的饱和磁化强度发生了453%的变化。在云母基底上制备了具有Cu保护层的Co/MnN双层膜,研究了Co和MnN层厚度对交换偏置的影响。交换偏置场与Co层厚度成反比,不随MnN层厚度变化,这与界面处被钉扎的磁矩翻转行为相关。为这类材料在柔性电子学器件上的应用提供理论依据。
新型自旋零能隙半导体材料的开发及其物性的研究
  • 批准号:
    51701138
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    王立英
  • 依托单位:
国内基金
海外基金