《磁隧道结的层间交换耦合效应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁隧道结的层间交换耦合效应（2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 9 9 9年第十届全国磁学和磁性材料会议论文集5 7 磁隧道结的层间交换祸合效应 许汇颖I 于文学1康健2 徐明 麦振洪1赖武彦 中国科学院物理研究所和凝聚态物理中心，北京1 0 0 0 8 0 z 北京大学物理系，北京 0 0 0 8 7 1几.，卜 基于白 由电子模型， 本文利用T o r q u e 方法分别讨论了 有限铁磁层厚度 卜 单 势垒和双势垒磁隧道结 结构的层间交换祸合效应。在本文的计算中，不仅考虑了费米面上的电子而且考虑了费米面以卜 的电 子对层间交换祸合效应的贡献，并采用了 较精确的数值计算方法。文中在解释了 单势垒磁隧道结中层 间交换祸合效应实验结果的同时，还给出了
2、双势垒磁隧道结中层间交换祸合效应的理论预言。 1 引盲 随着对层间祸合效应研究的深入， 人们对非磁层由平 导体或绝缘材料构成的磁性多层膜体系 也进 行了 实 验研究。 1 9 9 2 年T o s c a n o 等人 首先 在F e / S i/ F 。 二明 治结构中 发 现了反 铁磁性祸合。 接着， F u lle r t o n 等人z 在F e / S i 超品格中发 现， 随 着势垒 层厚度的增加 层间 交换祸合总是从 铁磁 性开 始然后再 转变为 反 铁磁性祸合。 本文在白 由电 子 模型 基础上， 利用S lo n c z e w s k i 提出的T o r q u e 方
3、法， 讨论了非 磁层为半 导 体 或绝 缘材料磁隧道结结构的层间交换祸合效应。我们不仅考虑了 费米面卜 的电r 而且还考虑了费米面以卜 的电子对层间祸合的贡献，并采用了较精确的数值计算方法。本文在试图解释现有的单势辛磁隧道结 中层间祸合效应实验结果的同时，还给出了双势垒磁隧道结层间藕合效应的理论预言 1111.胜匕.1. 2 模型和理论 本文考虑的双势垒磁隧道结是由两个有限厚的铁磁r O ( F M ) 中间夹着两个相邻的绝缘势垒)( I ) 所构 成的结构 ( N M / F M / I / I / F M / N M ) ， 如图1 所示的。 其中区间I I I 和I V分别代表两个绝缘势
4、垒层， 其厚度分 别为d , 和d 2 势垒高 度 分别为U ， 和U 2 ; 区 间1 1 和V分 别 代 表两 个 铁磁 层( 我 们 假设 两 铁 磁 层是 由 相 同 的 材 料 做 成 的 ) ， 其 厚 度 均 设 为 d f ， 其 势 垒 高 度 均 设 为 价: h 和 h 分 别 为 两 铁 磁 层 中 的 分F 场，0为它们的夹角。 在近白由电子近似的情况下 ，该体系有效单电子 哈密顿量的径向部分可写为: h 2 . d 2 、 t Y =一( -) +U( z ) 一h ( z ) . o 2 m d z 2 ( 1 ) 其中，m为电子有效质量。为了简化计算，我们取所有
5、层内的有效电子质量为白由电户 的质w h ( z ) . 0 为内 部交换能，h ( Z ) 为 分子 场，0 为 泡利自 旋算符， ! ,l h (i)l“ h o , U h (z ) i = 0 , 0 Z t 1 ; 1 3 z t 4 z O ; t l Z t 4 ( 2 ) U ( 力代 表平 均晶 格势， 在该 模型中 U( z ) z 0 ; z )t 4 0 z 1 l ; 1 3 2 t 4 t i :t 2 t ,t 1 3 ( 3 ) 考虑柬白 旋向卜 的单位电子流( 川平面波描述) 从左边非磁电极入射考虑到所有的边界条州限 制， 可以 求出与 式( 3 ) 中的平
6、均品 格势相对应S c h r o d in g e r 方 程的解 0 1 这束自 旋向t 的入射电子 流所 导 致 的 自 旋 流刀为 一.，!.lselLll.1111!.1.IL，11 le 一 奇 R e(W 3y 鲁 即二 ; - 二一 W3 个) 02 ( 4 ) !J门省司国鹰?谑六 会议论文集1 9 9 9年 相 似 地 ， 从 左 边 非 磁 电 极 入 射 的 自 旋 向卜 的 单 位 电 子 流 所 产 生 的 白 旋 流 j e 也 可 以 上 面 的 方 法 求 出 。 通 过对低于 费米面的所有电f 态求和， 然后考虑到从右边非 磁电 极入射的白 旋流再乘上因子2
7、 , 最后得到 总自旋流为 J T = I T + I 1 = “艺 w e 十 I e ) ( 5 ) 0 乓 E r 其中 ， - .杏T .矛. i t = 2 Y, , 1 T il 凡 耳0 乓 局 单位面积的 层间 祸合能E e 与总自 旋流有下列的 对应关系 1，d，卫闷.1.J恤.，. 鲁一 (J 1 + J 2 cos 0 ) sin 0 - 其中，J l 和J 2 分 别是 双 线性 和双二 次型 层间 祸 合系 数， 运算， 最后可以 得到J 1 和J 2 。 - A h .I r 1 2，( 6 ) A为磁隧道结的接触面积。经过萦琐的代数 3 数值计算结果 3 . 1 单势垒磁隧道结 当d 2 = 0 时 ， 该 模型 就 可以 转 变 为 单 势 垒 磁 隧 道 结 模型 。 从 单 势垒 磁 隧 道 结中 发 现: ( I ) 随 着 势 垒 层 厚 度 的 增 加 ， 存 在 一 个 临 界 铁 磁 层 厚 度d , ， 当 铁 磁 层 厚 度 d f - 命 : 一 舀 确台啼祷确斋汉
