基于磁性半金属Heusler合金的自旋电子器件中材料和界面的调控及相关机制
批准号:
11574242
项目类别:
面上项目
资助金额:
73.0 万元
负责人:
卢志红
依托单位:
学科分类:
A2007.磁学及自旋电子学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
梅雪飞、甘章华、程朝阳、袁成、郭芳、张玉、方孙、戴晨盼
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中文摘要
磁性半金属Heusler合金具有高的自旋极化率,如果用于自旋电子器件中,有望大大提高器件的磁电阻性能。本项目将以基于磁性半金属Heusler合金的CPP-SV和MTJ器件作为研究对象,研究材料以及界面对磁电阻性能的影响以及调控机制。在实验上,选取不同的材料,研究成分、结构以及工艺等因素对材料磁性能、输运性能的影响;研究基于不同材料的器件的界面特性以及调控方法;探索通过材料成分的优化、工艺的控制、界面的控制与修饰等手段提高器件的磁电阻性能的方法与途径;在理论上,结合实验结果,研究不同的材料组合的界面的能带结构和磁结构,阐明不同界面影响磁电阻的机制,为更有效提高器件的磁电阻性能提供方法和依据。此外,还将对不同成分、不同超晶格结构的Heusler合金进行研究,弄清成分与结构对磁各向异性的影响及相关机制,探索具有低磁化强度与垂直各向异性的新材料。
英文摘要
CPP-spin valve and magnetic tunnel junction are two kinds of spintroic devices which are very promising for the applications in information storage.Before they can be applied in magnetic memories, the magnetoresistant ratio (MR) and the signal to noise ratio (SNR)of the devices should be improved. Half metallic Heusler alloies which have very high spin polarization are very promising for great enhancement of MR and SNR if being used in the devices. In this project, the focus will be put on the study of related materials and interfaces in Heusler based MR devices (CPP-SVs and MTJs). In the proposed project, both experimental investigation and theoretical study will be performed. Experimentally, we will fabricate MTJ and SV devices based on different materials, and try to improve MR ratio of the devices.by optimizations (composition, structure of Heuslers and fabrication process), selection of spaced layer ,and control of the interface. In theoretical study, we will figure out how composition and chemical order affect the electronic structure and band structure; Find out the band stucuture and magnetc structure at the interface of devices composed of different materials, which may help us clarify the mechanism for interface and materials affecting the MR properties of the device, and explore methods for optimization of interface and materials. Besides,we will also do some research on supperlattice Heusler films, the goal is to understand how composition and structure of the superlattice controls the magnetic anisotropy and to find a proper way to obtain novel Heusler alloys which have low magnetization and perpendicular magnetic anisotropy as well.
本项目对基于磁性半金属Heusler合金自旋电子器件中材料和界面进行研究,探索材料以及界面特性对磁电阻性能的影响以及调控机制,为进一步研发高性能自旋电子器件提供依据。研究获得的主要进展如下:1)通过工艺优化和成分调控,在多种基片(MgO, MgAl2O4以及GaAs) 上外延制备出多种成分的高质量的薄膜;2)在MgO(100)基片上采用磁控溅射方法成功制备出了基于Co2FeAl的自旋阀三明治结构,最高室温MR值在5%以上;3)采用CoFe对自旋阀的界面进行修饰,同时采用磁场热处理改善界面磁排列,成功将MR值提高到8%左右;4)对MgAl2O4/Co2FeAl和MgO/Co2FeAl界面中不同界面稳定性进行了研究,发现Co/O型和FeAl/O型界面最为稳定,通过界面类型和电场可调控不同轨道的耦合强度,从而调控垂直各向异性;5) 研究了Co2FeAl/MgO2/Co2FeAl隧道结结构中不同界面构型对电子透射率的影响,发现Co/O界面比FeAl/O界面更为有效抑制了自旋向下电子的隧穿,从而可获得更高的MR;6)研究了多种成分Heusler合金半金属稳定性,获得多种具有应用前景的Heusler四元合金成分;7)通过退火工艺的优化和成分的调控,制备出多种成分具有L21结构的合金。以上研究结果已达到预定的研究目标,后续更为深入的研究将会继续进行。
期刊论文列表
专著列表
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Oxygen Vacancies in CrO2: The Influences to Half Metallicity and the Formation Mode
CrO2中氧空位:对半金属丰度的影响及其形成模式
DOI:10.1109/tmag.2016.2562610
发表时间:2016
期刊:IEEE Transactions on Magnetics
影响因子:2.1
作者:Liu Shuo;Lu Zhihong;Yuan Cheng;Guo Fang;Xiong Rui;Shi Jing
通讯作者:Shi Jing
Half metallicity and magnetic properties of CrO2 doped with Ti, Sn or Ru
Ti、Sn、Ru掺杂CrO2的半金属丰度及磁性能
DOI:10.1016/j.jmmm.2016.05.014
发表时间:2016
期刊:Journal of Magnetism and Magnetic Materials
影响因子:2.7
作者:Yuan C.;Lu Z.;Liu S.;Gan Z.;Guo F.;Xiong R.;Mei X.;Liu H.;Shi J.
通讯作者:Shi J.
Magnetic anisotropy of (100)- and (110)-oriented epitaxial CrO2 films grown on SnO2- the effects of strain and interface
SnO2 上生长的 (100) 和 (110) 取向外延 CrO2 薄膜的磁各向异性 - 应变和界面的影响
DOI:10.1016/j.ceramint.2017.07.178
发表时间:2017
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Liu Shuo;Lu Zhihong;Zhang Zhenhua;Cheng Ming;Liu Yong;Yu Ziyang;Li Weiwei;Xiong Rui;Shi Jing
通讯作者:Shi Jing
DOI:--
发表时间:2018
期刊:武汉科技大学学报
影响因子:--
作者:陈昌威;卢志红;李玉婷;程明;方成;甘章华
通讯作者:甘章华
Spin-orbit torques in GaN/NiFe bilayers
GaN/NiFe 双层中的自旋轨道扭矩
DOI:10.1088/1361-6463/aae553
发表时间:2019
期刊:Journal of Physics D: Applied Physics
影响因子:--
作者:Xin Luo;Bochong Wang;Weiming Lv;Guohao Yu;Zhihong Lu;Zhongming Zeng;Rui Xiong
通讯作者:Rui Xiong
反铁磁FePt1-xRhx薄膜中的各向异性电输运特性
- 批准号:51871170
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:卢志红
- 依托单位:
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