NiO 顶部和底部钉扎自旋阀的比较

　　第 四 届 全 国 磁 性 薄 膜 与 纳 米 磁 学 会 议 论 文 集 46Ni O 顶部和底部钉扎自旋阀的比较 孙亮 任远 杜军 吴小山 盛雯婷 王雅新 游彪 鹿牧 胡安 南京大学固体微结构国家重点实验室 南京 210093 采用磁控溅射法制备了 NiO 顶部钉扎和底部钉扎的自旋阀。 底部钉扎自旋阀的磁电阻值大约比顶部钉扎的要大30%， 原因在于顶部钉扎自旋阀的 NiO/Co 界面粗糙度要比底部钉扎的大。 同时我们使用 XRD 对两种自旋阀的结构进行了比较， 发现顶部钉扎自旋阀中 NiO 的晶面取向要比底部钉扎的好得多。 1 引言 自从磁性多层膜的巨磁电阻现象被发现以来[1][2]， 在...

　　第 四 届 全 国 磁 性 薄 膜 与 纳 米 磁 学 会 议 论 文 集 46Ni O 顶部和底部钉扎自旋阀的比较 孙亮 任远 杜军 吴小山 盛雯婷 王雅新 游彪 鹿牧 胡安 南京大学固体微结构国家重点实验室 南京 210093 采用磁控溅射法制备了 NiO 顶部钉扎和底部钉扎的自旋阀。 底部钉扎自旋阀的磁电阻值大约比顶部钉扎的要大30%， 原因在于顶部钉扎自旋阀的 NiO/Co 界面粗糙度要比底部钉扎的大。 同时我们使用 XRD 对两种自旋阀的结构进行了比较， 发现顶部钉扎自旋阀中 NiO 的晶面取向要比底部钉扎的好得多。 1 引言 自从磁性多层膜的巨磁电阻现象被发现以来[1][2]， 在物理及材料科学的研究和应用方面均有很大发展。 其中自旋阀因其优良的应用性能而日益受到重视。 自旋阀是一种非耦合型夹层结构， 两个铁磁层通过较厚的非磁层隔开， 使得他们之间几乎没有交换耦合， 而通过外加磁场使这两个铁磁层达到平行或者反平行排列。 自旋阀一般分两类， 一类是在非耦合型三明治结构中， 选择两个铁磁层有不同的矫顽力， 在适当磁场下可使相邻铁磁层的磁化强度M从接近反平行变化到平行状态， 从而得到巨磁电阻。 另一类为钉扎型自旋阀， 其结构为F1/N/F2/AF。 F1称为自由层， F2的M则被相邻反铁磁层AF的交换耦合引起的单向各向异性偏置场所钉扎。 当F1为优质软磁时， 它的M可在很弱的磁场作用下相对于F2改变方向， 从而获得较大的GMR[3]。 本文所研究的就是钉扎型自旋阀。 2 实验 采 用 磁控溅射 法制 备 了 Si/Ta(50 )/NiO(400 )/Co(40 )/Cu(20 )/Co(50 )/Ta(50 ) 和Si/Ta(50)/Co(50 )/Cu(20 )/Co(40 )/NiO(400 )/Ta(50 )两组样品。样品制备在约为 300Oe的磁场下进行， 溅射时背景线Pa， 四种材料的溅射速率分别为 2.17/s (Cu), 1.60 /s (Co), 0.21 /s (NiO), 1.38 /s (Ta)。 用四探针法在室温下测量磁电阻值和磁电阻曲线， 使用X射线衍射法 （XRD）分析其结构。 3 结果与分析 我们测得 NiO 底部钉扎自旋阀的磁电阻为 13.6%， 顶部钉扎的磁电阻为 10.1%， 它们的磁电阻曲线 所示。 我们认为它们磁电阻差异的原因在于结构上的不同。 在这两种自旋阀中， NiO 不光作为反铁磁层起到了钉扎作用， 还作为镜面反射层使电子有效平均自由程增加， 正是镜面反射效果的不同导致了这两种自旋阀磁电阻值的差异。 在 NiO 顶部钉扎自旋阀中， 当 NiO 的厚度为 200和 400 的时候， 他们的磁电阻值是一样的。 因此我们认为影响磁电阻值的原因在于 NiO/Co 界面，其界面的粗糙度是关键因素。 图 1a NiO 底部钉扎自旋阀的 GMR 曲线b NiO 顶部钉扎自旋阀的 GMR 曲线