论文摘要
大数据时代的到来,使当前的信息存储技术面临着诸多挑战,这使得具有更高的读取速度、高的存储密度、高稳定性以及更加微型化、低能耗的非易失性信息存储器成为当前研究的热点问题,而磁性随机存储器（MRAM）因其具有实现上述目标的潜力成为目前关注的重点。对于MARM的研究,主要是在具有垂直磁各向异性的重金属/铁磁性金属异质结中,利用重金属的自旋轨道耦合作用,将电荷流转化为自旋流作用在磁矩上形成自旋轨道矩（SOT）对磁矩和畴壁进行调控。然而,利用SOT效应的磁化翻转过程中,只有当施加的电流密度（106A/cm2）高于临界电流密度才能实现磁矩的翻转,这就导致了能耗过高的问题。而电压对垂直磁薄膜磁性的调控,减少了体系中焦耳热的作用,进一步降低了磁化反转所需要的能量,同时电压局部施加的便利性为实现具有更高稳定性,更低能耗的高密度信息存储器件提供了可行性。电压调控磁性主要是通过控制结构中的氧空位迁移实现的。然而,电流诱导的自旋轨道矩（SOT）驱动的畴壁移动和自旋织构的手性密切相关,即与Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）相关。在SOT驱动的磁化翻转中,当施加一个外部磁场,在DMI的作用下可以实现畴壁运动速度的增大和减小。这种性质对自旋电子器件的应用起到关键作用。因此,在本论文中,主要研究了具有垂直磁各向异性的薄膜在电流和电压条件下磁性能的变化,具体内容如下:制备了Pt/Co/Ta、Pt/Co/CoO/Ta以及Pt/Co/TaOx三个体系的样品并研究了不同的界面状态对Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）强度、自旋轨道矩效率以及畴壁移动速度产生的影响。结果显示不同界面结构的样品其DMI强度以及自旋轨道矩效率之间有明显差别的。观察不同体系的自旋轨道矩效率可以看出,氧化层CoO的引入使得垂直于薄膜样品的方向表现出从上到下氧化程度的不均一性,这种结构反演不对称性的额外增加,增大了界面处的Rashba效应,产生额外的SOT,导致了SOT效率的增强。另外,实验结果证明界面是影响DMI强度的主要因素,氧化层的引入以及氧化物覆盖程度的增大使得样品中的DMI有所增强,即Co/TaOx>Co/CoO/Ta>Co/Ta。此外,不同体系样品电流驱动下畴壁移动速度的变化为:Co/CoO/Ta>Co/Ta>Co/TaOx,较低的畴壁移动速度与增加的钉扎势垒有关,并且电流诱导畴壁的移动过程中,电流产生的焦耳热会对其移动速度产生很大的影响且进一步增加的电流密度会导致样品中发生多处成核的现象从而降低畴壁移动的速率。这些现象对于进一步提高自旋轨道矩效率以及DMI强度提供了新的思路,同时也对于进一步理解电流诱导的自旋轨道矩驱动的畴壁移动提供了新的理解。同时,表征了Pt/Co/Ta/TaOx/Pt和Pt/Co/CoO/Ta/TaOx/Pt两个样品在不同电压下的磁性信号以及畴壁的图像,并且讨论了在电压条件下样品磁性的变化。从实验的结果分析中可知,电压是通过改变样品中氧离子的位置来实现对矫顽场的调控。同时电压状态下样品对应的畴图像,也直观的表现出了磁矩翻转在不同的电压大小以及方向下的变化,而且电压调控磁矩翻转不但减少了焦耳热存在下对磁矩翻转的影响,同时也排除了电流产生的奥斯特场对其的影响,另外,从实验中也知电压对样品的调控可以控制在一个小的范围内,这对于进一步研究低功耗、小型化的磁性存储器件提供了一个新的思考路径。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 王羽培
导师: 席力,左亚路
关键词: 垂直磁各向异性,效应,相互作用,电压驱动磁化翻转,磁畴壁的运动
来源: 兰州大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技
专业: 物理学,工业通用技术及设备,计算机硬件技术
单位: 兰州大学
基金: 国家自然科技基金面上项目(Nos.51671098),甘肃省科技计划项目(No.17JR5RA210)
分类号: TP333;O484
总页数: 73
文件大小: 4687K
下载量: 107
相关论文文献
- [1].自旋轨道作用的介观环的电导率[J]. 甘肃联合大学学报(自然科学版) 2010(02)
- [2].自旋轨道转矩[J]. 物理 2017(05)
- [3].Mn基合金/重金属异质结中的自旋轨道转矩研究进展[J]. 金属功能材料 2018(02)
- [4].自旋轨道矩调控的垂直磁各向异性四态存储器结构[J]. 物理学报 2018(11)
- [5].二维拓扑材料的新进展——纯平锡烯中存在大的拓扑能隙[J]. 物理 2019(05)
- [6].三端磁隧道结的稳定性分析[J]. 物理学报 2019(20)
- [7].碘代乙烷分子光解离的自旋轨道从头计算理论研究[J]. 原子与分子物理学报 2011(01)
- [8].基于自旋轨道耦合效应的能带分裂机理[J]. 绵阳师范学院学报 2012(05)
- [9].Cl(~2P)+D_2→DCl+D反应中波恩-奥本海默近似有效性的交叉分子束研究（英文）[J]. Chinese Journal of Chemical Physics 2020(02)
- [10].具有自旋轨道耦合项的Manning-Rosen势的赝自旋对称解(英文)[J]. 原子与分子物理学报 2009(05)
- [11].新型非局域磁纳米开关的原理和研究进展[J]. 信息记录材料 2015(02)
- [12].基于朗道-利夫席茨-吉尔伯特方程的自旋阀动力学研究进展[J]. 信息记录材料 2014(03)
- [13].SOSA模型下类氖铷离子在0.47nm～0.525nm范围内光谱的理论计算[J]. 西南民族大学学报(自然科学版) 2011(06)
- [14].STT-MRAM存储器的研究进展[J]. 中国科学:物理学 力学 天文学 2016(10)
标签：垂直磁各向异性论文; 效应论文; 相互作用论文; 电压驱动磁化翻转论文; 磁畴壁的运动论文;