锰钴镍过渡金属氧化物新型铁磁半导体特性及其磁隧穿结研究

项目名称： 锰钴镍过渡金属氧化物新型铁磁半导体特性及其磁隧穿结研究

项目编号： No.11204336

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 物理学I

项目作者： 吴敬

作者单位： 中国科学院上海技术物理研究所

项目金额： 26万元

中文摘要： 铁磁半导体是构筑自旋电子学器件的材料基础，而过渡金属氧化物由于未满d壳层电子轨道的存在，其中常存在较强的轨道、自旋、电荷、晶格间的关联作用，从而表现出丰富的物理内涵，被认为是开发具有多维度调控电子自旋功能的新型铁磁半导体最有竞争力的材料。实验研究表明Mn3-x-yCoxNiyO4系列过渡金属氧化物(MCNO)具有明显半导体特性的同时具有较高的亚铁磁温度（200K），且存在传导电子与磁序的明显关联作用。本课题在前期研究成果基础上深入研究MCNO的磁序结构，明确铁磁磁矩形成机理，深入研究电子能带结构，光学吸收结构，载流子输运特性，通过组份调节阳离子间距、调控离子分布状态、载流子浓度、Hubbard带隙等物理量来加强铁磁耦合作用提高材料的铁磁居里温度以及提高传导电子的自旋极化率。基于优化后的MCNO材料研制具有明显隧穿磁阻效应的磁隧穿结，推进MCNO系列材料在自旋电子学中的应用。

中文关键词： 铁磁半导体；过渡金属氧化物；自旋电子学；磁隧穿结；

英文摘要： Ferromagnetic semiconductors is a kind of materials which is the fundation for developing spintronics. Due to the existence of unfilled d shell, transition metal oxides (TMOs) usually possess complicate interactions among spin, charge, orbital and lattice.Based on these interactions, TMOs is one of the major candidates on which the spintronics may be built. Early research have shown that Mn3-x-yCoxNiyO4 (MCNO)possess clearly semicondutivity and ferrimagnetic order that with magnetic transition temperature 200K. The correlation between conductive electrons and magnetic order have been observed also. This project investigates on the mechanism of magnetic orders, electronic energy band structure,optical absorption structure and carriers transport properties of MCNO series. Obeying the mechanism, we change composition to adjust the lattice constant, distribution of cations,concentration of carriers and the Hubbard band gap to enhace the ferromagnetic coupling and then to improve Curie temperature and the spin polarizability of conductive eletrons.Based on the optimized MCNO materials, the magnetic tunnel junction with obvious tunnel magnetoresistance will be developed to make the application of MCNO in spintronics coming ture.

英文关键词： ferromagnetic semiconductor；transition metal oxides；spintronics；Magnetic tunnel junction；