用于磁电阻器件的Cr1-xAxO2(A=Ti,Ru,Sn)薄膜的稳定性及其界面研究

CrO2 为磁性半金属，在自旋电子器件中具有广阔的应用前景。然而CrO2化学性质不稳定，容易形成Cr2O3。CrO2的这种不稳定性严重阻碍了其在自旋电子器件的应用。本研究的重点在于采用掺杂的方式提高CrO2的热稳定性，并在此基础上探索掺杂以及缺陷对其磁性能与输运性能的影响，研究的最终目的在于寻求一种提高CrO2热稳定性且保持其半金属特性的方法。从这个目的出发我们做了一下工作：1）成功制备出不同取向的CrO2以及Sn掺杂CrO2外延薄膜，薄膜纯度高、厚度均匀。摸索出一套完备的工艺参数，可以较好地控制薄膜的厚度和掺杂浓度。2）对CrO2以及Sn掺杂CrO2的热稳定以及磁性能进行了研究，发现Sn掺杂可以大大改善CrO2 的稳定性，且可以有效调控CrO2 薄膜的磁性能。3）观测分析了不同温度退火前后CrO2/TiO2的界面特性，发现CrO2最容易在界面处分解，Sn掺杂可以很好的维护界面稳定性。4）采用第一性原理方法研究了氧空位、间隙氧原子以错位原子对CrO2 的电子结构的影响，发现CrO2 中最易形成的是氧空位，当氧空位浓度不太高时，CrO2仍保持半金属性。5）比较了Sn、Ti以及Ru掺杂CrO2 的电子结构、缺陷形成能以及磁晶各项异性能，发现Ti掺杂可以获得较高的掺杂浓度且在不易改变CrO2的半金属性，是最佳的掺杂元素。6）研究了CrO2薄膜的Gilbert阻尼系数以及掺杂对阻尼系数的影响，发现CrO2薄膜的阻尼系数并非各向同性，且可通过薄膜取向、掺杂浓度进行调控。以上这些研究内容与本项目的计划基本吻合，所获得的结果已达到了本项目设定的目标，后续相关研究仍将会继续进行。