具有MgO组元的弱磁敏感方位敏感材料的研究

通过设计具有MgO组元的类似"缓冲层/MgO等隔离层/NiFe/MgO/保护层"等结构的材料解决了磁电阻薄膜材料的弱磁敏感方位敏感问题；同时利用静磁耦合的方法提高材料的磁稳定性；设计并制备出新型的性能良好的弱磁敏感方位敏感材料，该材料及其制作成的元器件具有良好的磁稳定性。正电子湮没研究快速退火的MgO/NiFe/MgO以及退火后CoFeB/MgO/CoFeB的微结构，发现MgO层的微结构和缺陷对于薄膜的性能具有非常重要的影响，退火后MgO层点缺陷的消除和质量的改善可以显著改善薄膜的性能。通过构筑Ta/MgO/NiFe/Ta和Ta/NiFe/MgO/Ta两种不同结构样品，研究这两种样品中的自旋电子的输运特性，发现与MgO/NiFe界面和NiFe/MgO界面微小的化学元素状态变化有关，而界面状态变化又取决于多层膜结构中MgO的位置和厚度。界面状态通过影响电子的散射来决定电子的输运行为，从而影响磁电阻值。我们也研究了NiFe/AlOx界面化学状态对于自旋极化电子输运行为的影响，发现在AlOx/NiFe/AlOx的异质结构中，AlOx层的化学状态对自旋极化电子的输运行为具有重要影响。当AlOx层含有部分Al单质时可作为应力缓冲层，减小界面应力，对于电子输运更有利。相反地，高温退火后AlOx层有更接近于化学计量比的本征AlOx形成，由于和NiFe热膨胀系数的差异较大，导致界面状况恶化反而不利于自旋电子的输运。我们还通过在MgO/Co和Co/MgO界面处引入CoO层以便调控其界面状态，使得该体系的霍尔电阻率进一步提升。采用复合氧化层MgO/CoO包覆Co/Pt多层膜比单一MgO包覆 Co/Pt多层膜的霍尔电阻率ρxy提升了67%，比纯Co/Pt多层膜的霍尔电阻率ρxy提升了250%，并且其垂直磁各向异性Ku进一步提升。最后，我们还研究了Co/FeMn多层膜中难轴诱导的EB。在其反磁化过程中发现了奇特的反磁化不对称行为，具体表现为磁化强度随磁场的反常变化以及正的交换偏置（EB）。在磁滞回线上存在着两个独立的反磁化不对称行为，分别由FM层以及界面未补偿净磁矩层的磁矩不一致反转导致的。