基于反铁磁材料的室温垂直交换耦合作用和隧道各向异性磁电阻效应

基于反铁磁材料的室温垂直交换耦合作用和隧道各向异性磁电阻效应

王钰言 宋 成 潘 峰

(清华大学材料科学与工程系先进材料教育部重点实验室 北京 100084)

　　摘要 研究了垂直磁化的Co/Pt 和面内磁化的反铁磁IrMn 之间的交换耦合作用，以及隧道结[Pt/Co]/IrMn/AlOx/Pt 的隧道各向异性磁电阻效应(TAMR)。在外磁场作用下，Co/Pt的磁化带动了IrMn 磁矩的部分旋转，在IrMn 内部产生了交换弹簧结构。当外加磁场垂直于薄膜表面时，反铁磁磁矩由面内向面外发生了部分旋转，产生了具有稳定高阻态和低阻态的TAMR;当磁场平行于薄膜表面时，IrMn 磁矩钉扎在它的面内易轴方向不发生转动，产生了自旋阀信号的正磁阻和负磁阻效应。论文还研究了TAMR 随角度和温度变化的规律，为基于反铁磁的TAMR 提供了有力证据。不同IrMn 厚度(2～20 nm)的样品测试结果表明，6 nmIrMn的器件室温下具有最大的TAMR(0.236%)，对于建立稳定的交换耦合具有重要的作用。

　　计算表明，IrMn 中磁畴的厚度约为7.8 nm，说明6 nm 及以下厚度的IrMn 为单畴状态，具有一个完整的交换弹簧结构。由于垂直交换耦合较高的热稳定性以及6 nmIrMn 的磁矩稳定性，基于反铁磁材料的TAMR 效应能够有效的提高到室温，为反铁磁自旋电子学的应用开辟了新的前景。

　　关键词 反铁磁 隧道各向异性磁电阻(TAMR) 自旋电子学