非均匀磁场调制下二维电子气巨磁阻效应的研究

摘要

巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)效应自发现以来便引起了人们极大地关注，尤其是在高密度读出磁头、磁传感器、随机存储器等方面展现出越来越多的实际应用，使得对它的研究不仅具有了重要的科学意义，还具有非同寻常的科技和经济价值。因此，巨磁阻效应不论是在实验方面还是在理论方面都受到了人们越来越多地关注。
　　本论文主要研究了不同磁化方向的铁磁体或铁磁体与肖特基金属体相结合在2DEG系统中的GMR效应。全文共分四章：第一章为绪论，简要地介绍了二维电子气、巨磁阻效应的研究现状与应用以及本文的研究背景及意义。
　　在第二章，详细地介绍了传输矩阵理论及其推导过程，并介绍了非均匀磁场的计算方法。
　　第三章主要分四个部分：第一，从理论上研究了第一个磁条磁化方向不变，第二个磁条为任意磁化方向时在2DEG体系中的GMR效应。结果表明，磁阻比率(Magnetic Resistance ratio,MRR)强烈地依赖于第二个磁条的磁化方向，特别是当磁化方向为180°时，系统可得到最大MRR；第二，介绍了磁场的变化对GMR效应的影响，结果表明，磁场变大，MRR随之变大，峰值变宽；第三部分简述了不同磁场强度下最大MRR值与磁场强度的关系，不同参数对MRR大小变化的影响，发现最大MRR与系统参数大小密切相关且随磁场的增大符合一定的指数函数增长规律；第四部分研究了两个磁条具有相同的磁化方向时的MRR，结果表明，磁化方向为90°时，MRR取最小值。因此可设计出一个磁化角度可调节的巨磁阻器件。
　　第四章在二维电子气表面沉积两个磁条和一个肖特基金属条，在肖特基金属条上施加一个电压。从理论上研究了电压大小、宽度以及电压位置对GMR效应的影响。研究表明，该器件的GMR效应相当显著：电压增大，使得MRR在低能区获得更宽的峰，在高能区峰值减小；电压变宽，使得MRR向高能区移动，且逐渐变小；电压在两个磁条间左右移动距离相同时，MRR关于系统中心对称，电压的大小不改变MRR关于系统中心的对称性，但会对特定位置处的MRR产生巨大地调制作用。因此，可得到一个电压调制的巨磁阻器件。

目录

声明

1 绪论

1.1 二维电子气(2DEG)

1.2 巨磁阻效应理论

1.3 巨磁阻效应的研究现状

1.4 巨磁阻效应的实际应用

1.4.1 高密度磁记录读出磁头

1.4.2 巨磁电阻随机存储器

1.4.3 巨磁电阻传感器

1.5 本论文的研究内容及意义

2 计算方法及推导过程

2.1 传输矩阵方法推导

2.2 非均匀磁场的计算方法

3 磁场对 2DEG 电子输运和磁阻性质的影响

3.1 任意相对磁化角度调制下的巨磁阻模型

3.2 电子输运性质与磁场调制下磁阻比率 MRR

3.3 结论

4 磁场与电压对 2DEG巨磁阻器件电子输运和磁阻性质的影响

4.1 铁磁体、肖特基金属和二维电子气巨磁阻模型

4.2 电子输运性质与电压调制下磁阻比率 MRR

4.3 结论

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果