垂直易磁化的半金属性磁矩补偿型人工结构的设计、制备与磁动力学特性研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11874349
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A2007.磁学及自旋电子学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:申超; 赵旭鹏; 毛思玮; 余之峰; 黎姗; 魏其其;
- 关键词:
项目摘要
Spintronic devices with high frequency and high speed have important potential applications in high density magnetic recording, millimeter wave communication and magnetic random access memory. Several strict demands on the magnetic material are needed to satisfy simultaneously: high magneto-crystalline anisotropy, high spin polarization, low saturation magnetization and low magnetic damping factor. Half-metallic full compensated ferrimagnet (HM-FCF) not only behaves magnetically like an antiferromagnet, but also has a high spin polarization and low magnetic damping factor, which make it an ideal candidate for this kind of spintronic devices. In this project, artificial superlattice structures composed of Mn-based ordered alloys with perpendicular magnetic anisotropy and low magnetic damping factors and Co based half metals with high spin polarization are used to break through the preparation problem of HM-FCF materials with high perpendicular anisotropy. Magnetization dynamic behaviors of the film will be studied by a time-resolved magneto-optical Kerr system. Furthermore, nanoscale devices will be fabricated, and the dependence of magnetization dynamic behaviors in them such as the precession and switching process on the interfacial coupling strength and degree of compensation will be studied by the steady and dynamic electrical measurements. New artificial materials for electrically induced ultrafast magnetization precession and switching will be explored, which will provide support for the next generation spintronic devices with high frequency and high speed.
高频、高速自旋电子器件在高密度磁记录、毫米波通讯、磁随机存储器等方面具有潜在的应用价值。这对磁性材料提出了苛刻的要求,需要同时具有高磁晶各向异性、高自旋极化度、低饱和磁化强度以及低磁阻尼因子等特性。半金属性磁矩完全补偿型亚铁磁性材料(half-metallic full compensated ferrimagnet, HM-FCF)不仅具有类似反铁磁材料的磁性行为特点,同时还具有高自旋极化度以及低磁阻尼因子的优点,是研发高频、高速自旋电子器件的理想载体。本项目借助分子束外延技术,将高垂直磁各向异性、低磁阻尼因子的Mn基有序合金与高自旋极化度的Co基半金属结合,通过构建反铁磁直接耦合的人工超晶格结构,突破高垂直各向异性HM-FCF材料的制备难题,并采用时间分辨磁光克尔测试技术研究宏观超晶格薄膜中的超快磁动力学特性,结合稳态、动态电学测量技术进一步研究其纳米器件中磁矩的超快进动及翻转等特性。
结项摘要
Co基Heusler合金通常具有远高于室温的居里温度、高自旋极化率、低磁阻尼因子,且与GaAs、MgO等衬底均具有良好的晶格匹配度。基于Co基Heusler合金的人工合成反铁磁体具有杂散磁场减小和磁稳定性增强等优点,其其层间交换耦合作用强度可调,更容易被外界操控和检测,可以应用在超快磁随机存储器和高频振荡器等器件中,受到广泛的关注。本项目通过分子束外延设备优化制备高质量的垂直磁各向异性MnAl、Co2MnSi、Co2MnAl及其异质结人工结构,通过XRD、SQUID、PPMS 等常规手段研究其宏观稳态磁学特性;在此基础上,采用时间分辨磁光克尔系统测试研究薄膜的磁动力学特性,再通过微纳加工技术制备纳米尺寸器件,并采用时间域全电学测试手段探测其纳米结构中的磁动力学特性。通过本项目的执行,实现了电流驱动其自旋轨道矩磁化翻转,临界电流密度约为5×10^7A/cm2;制备出L10-MnAl/MgO/Co2MnSi/MnAl垂直磁性隧道结,标定出其隧穿磁阻率的温度依赖关系;通过磁、电输运揭示了Co2MnGa 薄膜中费米能级附近可能存在的能带交叉。
项目成果
期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Noncollinear spin state and unusual magnetoresistance in ferrimagnet Co-Gd
亚铁磁体 Co-Gd 中的非共线自旋态和异常磁阻
- DOI:10.1103/physrevmaterials.6.014402
- 发表时间:2022
- 期刊:Physical Review Materials
- 影响因子:3.4
- 作者:Dongdong Chen;Yaohan Xu;Shucheng tong;Wenhui Zheng;Yiming Sun;Jun Lu;Na Lei;Dahai Wei;Jianhua Zhao
- 通讯作者:Jianhua Zhao
Spin Polarization Compensation in Ferrimagnetic Co1-xTbx/Pt Bilayers Revealed by Spin Hall Magnetoresistance
自旋霍尔磁阻揭示了亚铁磁 Co1–xTbx/Pt 双层中的自旋极化补偿
- DOI:10.1103/physrevapplied.14.034064
- 发表时间:2020
- 期刊:Physical Review Applied
- 影响因子:4.6
- 作者:Xu Yaohan;Chen Dongdong;Tong Shucheng;Chen Huanjian;Qiu Xuepeng;Wei Dahai;Zhao Jianhua
- 通讯作者:Zhao Jianhua
Ultrafast Magnetization Precession in Perpendicularly Magnetized L10-MnAl Thin Films with CO_2MnSi Buffer Layers
具有 Co2MnSi 缓冲层的垂直磁化 L1(0)-MnAl 薄膜中的超快磁化进动
- DOI:10.1088/0256-307x/37/5/058501
- 发表时间:2020
- 期刊:CHINESE PHYSICS LETTERS
- 影响因子:3.5
- 作者:Mao Siwei;Lu Jun;Yang Long;Ruan Xuezhong;Wang Hailong;Wei Dahai;Xu Yongbing;Zhao Jianhua
- 通讯作者:Zhao Jianhua
Spin-orbit torque induced magnetization switching in ferrimagnetic Heusler alloy D0(22)-Mn3Ga with large perpendicular magnetic anisotropy
具有大垂直磁各向异性的亚铁磁性 Heusler 合金 D022-Mn3Ga 中自旋轨道扭矩引起的磁化翻转
- DOI:10.1063/1.5125675
- 发表时间:2019
- 期刊:Applied Physics Letters
- 影响因子:4
- 作者:Zhao X. P.;Lu J.;Mao S. W.;Yu Z. F.;Wei D. H.;Zhao J. H.
- 通讯作者:Zhao J. H.
Antiferromagnet-mediated spin–orbit torque induced magnetization switching in perpendicularly magnetized L10-MnGa
垂直磁化 L1(0)-MnGa 中反铁磁体介导的自旋轨道扭矩引起的磁化翻转
- DOI:10.1063/5.0024109
- 发表时间:2021-03
- 期刊:Applied Physics Letters
- 影响因子:4
- 作者:X. Zhao;Siwei Mao;Hailong Wang;Dahai Wei;Jianhua Zhao
- 通讯作者:Jianhua Zhao
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