基于反鐵磁材料的室溫垂直交換耦合作用和隧道各向異性磁電阻效應(yīng)

王鈺言 宋 成 潘 峰

(清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系先進(jìn)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100084)

　　摘要 研究了垂直磁化的Co/Pt 和面內(nèi)磁化的反鐵磁IrMn 之間的交換耦合作用，以及隧道結(jié)[Pt/Co]/IrMn/AlOx/Pt 的隧道各向異性磁電阻效應(yīng)(TAMR)。在外磁場(chǎng)作用下，Co/Pt的磁化帶動(dòng)了IrMn 磁矩的部分旋轉(zhuǎn)，在IrMn 內(nèi)部產(chǎn)生了交換彈簧結(jié)構(gòu)。當(dāng)外加磁場(chǎng)垂直于薄膜表面時(shí)，反鐵磁磁矩由面內(nèi)向面外發(fā)生了部分旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了具有穩(wěn)定高阻態(tài)和低阻態(tài)的TAMR;當(dāng)磁場(chǎng)平行于薄膜表面時(shí)，IrMn 磁矩釘扎在它的面內(nèi)易軸方向不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生了自旋閥信號(hào)的正磁阻和負(fù)磁阻效應(yīng)。論文還研究了TAMR 隨角度和溫度變化的規(guī)律，為基于反鐵磁的TAMR 提供了有力證據(jù)。不同IrMn 厚度(2～20 nm)的樣品測(cè)試結(jié)果表明，6 nmIrMn的器件室溫下具有最大的TAMR(0.236%)，對(duì)于建立穩(wěn)定的交換耦合具有重要的作用。

　　計(jì)算表明，IrMn 中磁疇的厚度約為7.8 nm，說明6 nm 及以下厚度的IrMn 為單疇狀態(tài)，具有一個(gè)完整的交換彈簧結(jié)構(gòu)。由于垂直交換耦合較高的熱穩(wěn)定性以及6 nmIrMn 的磁矩穩(wěn)定性，基于反鐵磁材料的TAMR 效應(yīng)能夠有效的提高到室溫，為反鐵磁自旋電子學(xué)的應(yīng)用開辟了新的前景。

　　關(guān)鍵詞 反鐵磁 隧道各向異性磁電阻(TAMR) 自旋電子學(xué)