[发明专利]一种用高能重离子辐照提高、调制半金属性薄膜材料的磁致电阻的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高、调制半金属性薄膜材料磁致电阻的方法，即用高 能重离子辐照提高、调制以Fe₃O₄纳米多晶薄膜为代表的半金属性薄膜材料 磁致电阻的方法。

背景技术

磁致电阻(MR)的定义为MR＝Δρ/ρ＝[ρ(0)-ρ(H)]/ρ(0)，它代表在有外 加磁场H和没有外加磁场的情况下材料电阻的变化率。通常来说，磁电阻效 应可以分为本征磁电阻效应和非本征磁电阻效应两大类，与本发明相关的是 受微观尺度影响的非本征磁电阻效应，表现出负磁致电阻的特性。

电子作为电荷的载体能够传导电流，它的这一性质已经被广泛应用；但 同时，人们又往往忽略电子同时还具有量子数为1/2的自旋，其自旋磁矩为μ_B的性质。直到二十世纪八十年代以前，人们对电子自旋性质的应用还是零。 1988年，德国优利希研究中心Grunberg教授和法国巴黎大学物理系Fert教授 领导的科研组各自独立发现：由铁磁金属/非磁性金属/铁磁金属(FM-I-FM)构 成的多层纳米薄膜(如Fe/Cr多层膜等)，在有外加磁场和无外加磁场下电阻率 的变化，在室温下可达11.3％，在低温(4.2K)下可以达到42.7％(见文献1： M.N.Baibich，J.M.Broto，A.Fert，et al，Phys.Rev.Lett.，61，2472(1988))。因 为其磁电阻值巨大，远远超过一般铁磁金属1％-3％的磁电阻变化，故称为巨 磁电阻(GMR)。这是人们第一次对电子自旋特性的利用，随着对GMR效应 的深入研究，各种GMR材料被用于制作各向异性磁电阻器件和更为灵敏、 信噪比大为改善的磁致电阻(MR)器件，如各种MR罗盘、磁性传感器、录 像带、MR读写磁头、磁随机存储器(MRAM)及其它存储介质等。当然， GMR效应最受关注且应用最为广泛、直观的是高密度磁记录用MR读写磁 头。

在多层膜GMR效应研究的启发和促进下，又在“铁磁/非磁金属”颗粒膜 中同样发现了GMR效应。颗粒膜GMR效应的物理机制与多层膜相同，都是 来自于与局域磁矩的构形有关的传导电子自旋相关的散射。与多层膜中的 GMR效应类似，通过两个铁磁金属薄膜之间(如Fe，Co，Ni，或FeNi)的金 属氧化物势垒(如Al₂O₃)的自旋极化隧穿过程也可以产生GMR效应。这种非 均匀磁系统，即铁磁金属/绝缘体/铁磁金属(FM-I-FM)三明治结构通常被称为 “磁隧道结(magnetic tunnel junctions，MTJs)”。1995年Miyazaki等人在 Fe/Al₂O₃/Fe隧道结中发现其磁致电阻值在室温下可达18％的改变(见文献2： T.Miyazaki，N.Tezuka，J.Magn.Magn.Mater.，139，L231(1995))。这种基于两 铁磁层间自旋相关的隧道效应产生的磁致电阻被称作隧道型巨磁电阻 (Tunneling MR-TMR)效应。尽管早在1975年Julliere用Co/Cr/Fe隧道结在 4.2K下观察到了接近14％的TMR的变化，随后的研究也在几种别的FM/I/FM 隧道结中发现了类似效应，但是隧道结中大的和可重复的TMR值在最近才被 发现。继在三明治结构磁隧道结系统之后，人们又在Fe₃O₄多晶颗粒膜、CrO₂颗粒膜、La_xSr_1-xMnO₃多层膜和多晶La_xSr_1-xMnO₃，Tl₂Mn₂O₇，Sr₂FeMoO₆等 隧道型纳米结构体系中发现了大的TMR效应。