雙隧道結(jié)中極化率和隧穿磁電阻的研究.pdf

1、電子既有電荷又有自旋。以電子的電荷和其輸運性質(zhì)為理論基礎(chǔ)而構(gòu)造的裝置和集成電路已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且人們對電子和空穴性質(zhì)的各種研究豐富了半導(dǎo)體材料中的輸運性質(zhì)?，F(xiàn)在人們研究的中心問題是在固態(tài)系統(tǒng)中如何運用自旋自由度。為了利用自旋的自由度尤其是將其用在目前的半導(dǎo)體電子產(chǎn)品制作中，我們需要構(gòu)造一些合適的材料，并且從理論上深入的了解與自旋有關(guān)的現(xiàn)象，以便來很好的控制自旋。金屬自旋閥中巨磁電阻(Giant Magnetoresistance

2、，簡寫為GMR)和隧穿磁電阻(TunnelingMagnetoresistance，簡寫為TMR)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了磁存儲和磁記錄領(lǐng)域的革命，并由此產(chǎn)生了圍繞電子自旋的產(chǎn)生、輸運、探測等的一門全新的學(xué)科-自旋電子學(xué)(Spintronics)。最近一些研究者發(fā)現(xiàn)，電子的自旋有許多與電子的電荷類似的性質(zhì)，如自旋的Hall效應(yīng)，自旋的場效應(yīng)管機制，在磁性和非磁性半導(dǎo)體中能夠產(chǎn)生的自旋流等。這些現(xiàn)象均來自于自旋-軌道耦合的作用。自旋-軌道耦合作用

3、將開辟自旋電子學(xué)的新天地，并引導(dǎo)基于自旋現(xiàn)象的電子器件的理論和實驗研究。 在這篇論文中，我們研究了在具有Dresselhaus自旋-軌道耦合相互作用和外加電場作用的情況下，鐵磁/絕緣體/半導(dǎo)體/絕緣體/鐵磁雙隧道結(jié)中的透射概率、極化率和隧穿磁電阻。由于實驗準備技術(shù)工作的不完善，所以我們在理論計算中需要考慮鐵磁體和半導(dǎo)體界面處存在的薄的氧化層對理論結(jié)果造成的影響。我們考慮了在鐵磁體、絕緣體和半導(dǎo)體這三個區(qū)域中電子的有效質(zhì)量是不同的

4、，并且我們也考慮了鐵磁體金屬和半導(dǎo)體金屬之間固有存在的電導(dǎo)失配問題。在本論文中我們可以把傳導(dǎo)電子認為是自由電子模型來進行處理，從而來研究通過鐵磁/絕緣體/半導(dǎo)體/絕緣體/鐵磁隧道結(jié)時自旋極化輸運的性質(zhì)。原因在于這個模型相對來說比較簡單，并且在鐵族磁性金屬材料和鐵磁/半導(dǎo)體(絕緣體)/鐵磁這樣的結(jié)構(gòu)中運用這個模型已經(jīng)成功的研究了自旋極化輸運的性質(zhì)。 當鐵磁/絕緣體/半導(dǎo)體/絕緣體/鐵磁雙隧道結(jié)中存在Dresselhaus自旋-軌道

5、耦合和外加電場時，我們運用傳遞矩陣方法和Airy函數(shù)的方法對透射概率、極化率和隧穿磁電阻進行了一系列的理論計算。理論計算的結(jié)果表明：(i)在零溫的情況下隨著氧化層厚度的減小自旋極化率可以得到逐漸的提高；(ii)在本論文研究的雙勢壘結(jié)構(gòu)中隧穿磁電阻的倒置的原因是由于Dresselhaus自旋-軌道耦合相互作用引起的。在考慮了Dresselhaus自旋-軌道耦合相互作用的情況下，我們可以清楚的看到隧穿磁電阻的倒置發(fā)生在勢壘中局域態(tài)的能級和鐵