巨磁电阻效应与自旋电子学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,巨磁电阻效应与自旋电子学,黄志高,福建师范大学物理与光电信息科技学院,一、年诺贝尔物理学奖,法国科学家阿尔贝,费尔和德国科学家彼得,格林贝格尔因发现巨磁电阻效应而荣获,2007,年诺贝尔物理学奖。据悉，巨磁电阻效应相关技术被用于读取硬盘中数据，这项技术是最近几年硬盘小型化实现过程中的关键。,瑞典斯德科尔摩皇家科学院发布的颁奖声明称，阿尔贝,费尔和彼得,格林贝格尔,1988,年各自独立发现了一种全新的物理效应,-,巨磁电阻效应，即一个微弱的磁场变化可以在巨磁电阻系统中产生很大的电阻变化。该系统非常有助于从硬盘中读取数据，因为机器在读取数据时必须把用磁记录的信息转换成电流。随着这项发现公布，一些研究者和工程师开始在制作读取头中加以应用，,1997,年首个应用巨磁电阻效应的读取头研制成功，很快成为标准技术，即便今天最新的读取技术也均由巨磁电阻效应发展而来。,阿尔贝,费尔,1938,年,3,月,7,日出生于法国的卡尔卡松，已婚并有两个孩子。,1962,年，费尔在巴黎高等师范学院获数学和物理硕士学位。,1970,年，费尔从巴黎第十一大学获物理学博士学位。,阿尔贝,费尔目前为巴黎第十一大学物理学教授。费尔从,1970,年到,1995,年一直在巴黎第十一大学固体物理实验室工作。后任研究小组组长。,1995,年至今则担任国家科学研究中心,-Thales,集团联合物理小组科学主管。,1988,年，费尔发现巨磁电阻效应，同时他对自旋电子学作出过许多贡献。,费尔在获得诺贝尔奖之前已经取得多种奖项，包括,1994,年获美国物理学会颁发的新材料国际奖，,1997,年获欧洲物理协会颁发的欧洲物理学大奖，以及,2003,年获法国国家科学研究中心金奖。,德国科学家彼得,格林贝格尔,1939,年,5,月,18,日出生。从,1959,年到,1963,年，格林贝格尔在法兰克福约翰,-,沃尔夫冈,-,歌德大学学习物理，,1962,年获得中级文凭，,1969,年在达姆施塔特技术大学获得博士学位。,1988,年，格林贝格尔在尤利西研究中心研究并发现巨磁电阻效应；,1992,年被任命为科隆大学兼任教授；,2004,年在研究中心工作,32,年后退休，但仍在继续工作。,格林贝格尔在学术方面获奖颇丰，包括,1994,年获美国物理学会颁发的新材料国际奖,(,与阿尔贝,费尔、帕克林共同获得,),；,1998,年获由德国总统颁发的德国未来奖；,2007,年获沃尔夫基金奖物理奖,(,与阿尔贝,费尔共同获得,),。,1997,年，第一个基于“巨磁电阻”效应的数据读出头问世，并很快引发了硬盘的“大容量、小型化”革命。如今，,笔记本电脑,、音乐,播放器,等各类数码电子产品中所装备的硬盘，基本上都应用了“巨磁电阻”效应，这一技术已然成为新的标准。,瑞典皇家科学院的公报介绍说，另外一项发明于上世纪,70,年代的技术，即制造不同材料的超薄层的技术，使得人们有望制造出只有几个原子厚度的薄层结构。由于数据读出头是由多层不同材料薄膜构成的结构，因而只要在“巨磁电阻”效应依然起作用的尺度范围内，科学家未来将能够进一步缩小硬盘体积，提高硬盘容量。,小硬盘中的大发现,“,巨磁电阻”效应,二、,研究背景及意义,88,年，磁性多层膜的巨磁电阻效应,92,年，颗粒膜的巨磁电阻效应,93,年，掺杂氧化物的巨磁电阻效应,94,年，磁性随机存储器,95,年，,自旋电子学,-,一门新兴学科的诞生,1,自旋电子的发展,94-,至今 自旋电子材料的应用,(1)磁电阻,(MR),磁性传感器,比半导体和金属合金磁性传感器性能更优,异,稳定性更好,.,(2),MR,磁记录读出磁头,灵敏度高,是实现新型超高密度磁记录的关键技术,MR,磁记录读出磁头,灵敏度高,是实现新型超高密度磁记录的关键技术,(1),磁电阻,(MR),磁性传感器,比半导体和金属合金磁性传感器性能更优,异,稳定性更好,.,(2),MR,磁记录读出磁头,灵敏度高,是实现新型超高密度磁记录的关键技术,(3),MR,随机存储器,94-,至今 自旋电子材料的应用,Writing 0,Writing 1,记录单元,2,、磁电阻式,1,、电容式,go,go,随机存储器,半导体随机存储器,Write,0,”,Write,“,1,”,缺点：,断电时存储的信息容易丢失,结构图,:,原理图,:,记录介质,介质,介质,电极,1,电极,2,介质,非磁层,磁层,1,磁层,2,磁性随机存储器,自旋电子材料一个重要应用,结构,:,原理,:,记录介质,优点：,断电时存储的信息不丢失,不同电子自旋排列表示“,0”,和“,1”,Write,“,0,”,Write,“,1,”,FM(Co(001),NM(Cu(001),(Al-O),FM(Ni,-Fe),2,自旋电子材料的重要效应,:,自旋相关散射,(,磁电阻效应,),上下自旋平行时电子容易通过,-,低电阻态,上下自旋反平行时电子被散射,高电阻态,M.N.Baibich,et al.,Phys.Rev.Lett.,61,2472(1988).,三 自旋电子（磁电阻）材料,块材,CMR,、铁氧体、半金属氧化物,嵌于,CMR,、半金属材料、磁性半导体的磁性原子团的自旋相关隧穿,CMR,材料的磁电阻实验结果,*磁性多层膜与磁性超晶格,Fe/Cr,Co/Cu,Fe/Ag,Conductor,Tunneling barrier,GMR,自旋阀,TMR,磁性隧道结,Buffer,Buffer,Antiferromagnet,Antiferromagnet,输运核心,磁钉扎体系,Spin-valve-type structures,Ta,Py,Cu,Py,IrMn,Co,Ru,CoFe,NiFe,Cu,AlO,x,Ta,Cu,FePy,IrMn,CoFe,CoFe,/,NiFe,Cu,AlO,x,*,颗粒膜 如,Co-Cu,Fe-Ag,Fe-Co-Cu,*,自组装纳米线阵与纳米点阵,Co-Cu,谢谢,