磁性多层膜中氧化物/铁磁界面氧迁移机理研究
批准号:
52071025
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
于广华
依托单位:
学科分类:
金属功能材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
于广华
中文摘要
纳米磁性多层膜材料可广泛地应用在高密度、低能耗的磁随机存储器件、量子计算、纳米线逻辑器件及生物医疗等各个方面,许多相关物理现象表明,磁性多层膜中的氧离子行为对于器件的性能有着很重要的影响。本项目主要是通过对磁性多层膜中氧化物/铁磁异质界面氧行为开展研究,提出采用不同能量的沉积方式制备薄膜(例如磁控溅射、脉冲激光沉积、分子束外延、甚至电镀等),以及再通过多场耦合(电场、应力场、热场等)作用、还有再通过插层等方式改变氧原子周围配位环境,研究氧迁移是否发生?弄清出影响氧迁移的主要因素、发生条件、以阐明氧迁移变化的规律。提出利用小角XPS功能(含有反射电子能量损失谱REELS功能)、原位Ar离子扫描低能蚀刻技术及成像功能(XPI),获得原子不同化学状态空间分布图像及原子的扩散情况;再通过相关界面微结构、电子结构分析等研究,阐明磁性多层膜中氧化物/铁磁异质界面氧迁移的物理机制。
英文摘要
The magnetic multilayers can be widely used in various application fields such as high-density low-energy magnetic random access memory, quantum computing, nanowire logic devices, and biomedicine. Many physical phenomena demonstrate that the oxygen behaviors in magnetic multilayers play a very important role in determining the properties of the device. This project is mainly to study the oxygen behaviors at the oxide/ferromagnet interface in magnetic multilayers. It is proposed to use different energy deposition methods to prepare the nanometer multilayers, such as magnetron sputtering, pulsed laser deposition, molecular beam epitaxy, and even electroplating. Furthermore, whether the oxygen migration occurs at the interface is studied by changing the coordination environment around the oxygen atoms, which is induced by the multi-field coupling (electric field, stress field, thermal field and etc.) and introducing the insertion. By clarifying the main factors of the oxygen migration and the conditions of its occurrence, it can illuminate the rule resulting the oxygen migration changed. It is proposed to use the XPS, which contains the small-angle XPS detection, the reflected electron energy loss spectroscopy (REELS), the in-situ Ar+ scanning low-energy etching technology and the imaging function (XPI), to obtain the spatial distribution image of atoms in different chemical states and the information about the atoms diffusion. Then the physical mechanism of the oxygen migration at the oxide/ ferromagnet interface in magnetic multilayers can be clarified by the study about the interface microstructure and electron structure analysis.
纳米磁性多层膜材料可广泛地应用在高密度、低能耗的磁随机存储器件、量子计算、纳米线逻辑器件及生物医疗等各个方面。许多相关物理现象表明,磁性多层膜中的氧离子行为对于器件的性能有着很重要的影响。本项目主要是通过对磁性多层膜中氧化物/铁磁异质界面氧行为开展研究:对CoFeB/MgO薄膜的研究发现界面氧行为与磁各向异性的关联,阐明了Fe 3d和O 2p的轨道杂化程度与氧化状态的关系;并进一步研究表明CoFe/MgO和CoFe/HfO2界面处的不同氧迁移行为引起的不同界面Fe 3d-O 2p轨道杂化,导致了其对磁各向异性不同的影响。利用强吸氧性的Hf插层调节Ta/Hf/MgO/NiFe/MgO/Hf/Ta多层膜中MgO/NiFe 界面Fe-O轨道杂化,有效地调控Fe 3d轨道占据和空穴分布,进而将NiFe薄膜的AMR比率显著提升至4.8%。提出了“双离子调控铁磁薄膜材料磁各向异性”的创新思路并构建了Pt/CoN/MgO异质结构,通过N、O双离子协同调节Co的电子配位,有效改变了Co的轨道占据并控制其轨道磁性,进而实现了薄膜材料从面内到垂直磁各向异性的宽域调控。探究了N掺杂对CoFe/MgO薄膜界面氧行为及磁各向异性影响的研究,发现对于CoFe/MgO薄膜来说,过度氧化和欠氧化都会导致IMA,而适当的氧化状态才有助于形成PMA。开展了活性元素Hf“内氧化”行为对AlNiCo薄膜基本磁性能调控的研究,发现插入Hf的AlNiCo薄膜,由于Hf的强亲氧能力,O会优先与Hf结合形成HfO2,有效地抑制了Al原子的上浮与氧化,改变了Al原子在薄膜中的分布情况,起到了隔离磁性相、细化晶粒的作用,使得矫顽力大幅提升。此外,还发现了V/CoFeB/MgO垂直磁化薄膜中氧行为与电流诱导的磁化翻转的关系以及利用N离子注入的方法调控材料基本磁性等等,这些研究成果为自旋电子器件的开发提供了重要的科学实验依据。
拓扑绝缘体表面态自旋轨道矩(SOT)调控研究
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批准号:51871018
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:于广华
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依托单位:
界面电子结构调控及其对磁性影响的研究
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批准号:51571017
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项目类别:面上项目
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资助金额:67.0万元
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批准年份:2015
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负责人:于广华
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依托单位:
基于霍尔自旋天平结构的新型自旋电子材料及物理机制研究
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批准号:51371027
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:于广华
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依托单位:
基于反常霍尔效应的新型自旋电子材料微结构调控和电磁性能
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批准号:51331002
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项目类别:重点项目
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资助金额:304.0万元
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批准年份:2013
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负责人:于广华
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依托单位:
具有MgO组元的弱磁敏感方位敏感材料的研究
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批准号:51071023
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项目类别:面上项目
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资助金额:37.0万元
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批准年份:2010
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负责人:于广华
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依托单位:
表面活化剂对超高密度磁记录薄膜材料性能影响的研究
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批准号:50871014
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2008
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负责人:于广华
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依托单位:
地磁寻北系统中磁性薄膜材料的研究
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批准号:50671008
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2006
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负责人:于广华
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依托单位:
具有垂直磁各向异性的交换耦合多层膜材料的研究
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批准号:50471093
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项目类别:面上项目
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资助金额:27.0万元
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批准年份:2004
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负责人:于广华
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依托单位:
控制界面微结构、提高多层膜材料磁性的研究
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批准号:50271007
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2002
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负责人:于广华
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依托单位:
国内基金
海外基金