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

王鈺言 宋 成 潘 峰

(清華大學材料科學與工程系先進材料教育部重點實驗室 北京 100084)

　　摘要 研究了垂直磁化的Co/Pt 和面內磁化的反鐵磁IrMn 之間的交換耦合作用，以及隧道結[Pt/Co]/IrMn/AlOx/Pt 的隧道各向異性磁電阻效應(TAMR)。在外磁場作用下，Co/Pt的磁化帶動了IrMn 磁矩的部分旋轉，在IrMn 內部產生了交換彈簧結構。當外加磁場垂直于薄膜表面時，反鐵磁磁矩由面內向面外發生了部分旋轉，產生了具有穩定高阻態和低阻態的TAMR;當磁場平行于薄膜表面時，IrMn 磁矩釘扎在它的面內易軸方向不發生轉動，產生了自旋閥信號的正磁阻和負磁阻效應。論文還研究了TAMR 隨角度和溫度變化的規律，為基于反鐵磁的TAMR 提供了有力證據。不同IrMn 厚度(2～20 nm)的樣品測試結果表明，6 nmIrMn的器件室溫下具有最大的TAMR(0.236%)，對于建立穩定的交換耦合具有重要的作用。

　　計算表明，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，具有一個完整的交換彈簧結構。由于垂直交換耦合較高的熱穩定性以及6 nmIrMn 的磁矩穩定性，基于反鐵磁材料的TAMR 效應能夠有效的提高到室溫，為反鐵磁自旋電子學的應用開辟了新的前景。

　　關鍵詞 反鐵磁 隧道各向異性磁電阻(TAMR) 自旋電子學