外加电场、界面杂质及有效质量对磁性隧道结散粒噪声的影响

摘要

早在七十年代，为了得到自旋相关电子态的信息，已经开始了自旋极化隧穿的学习。　　 近几年，透过铁磁体/绝缘层/铁磁体的自旋极化隧穿得到越来越多的关注。在本文中，我们运用散射方法研究了外加电场和界面杂质及有效质量对磁性隧道结隧穿特性的影响。主要介绍如下：　　 （1）我们研究了外加电场对FM/I(S)/FM单结和双结隧穿概率和噪声的影响。首先计算了FM/I(S)/FM单结在外加偏压不同时隧穿概率和噪声随费米能量的变化情况，接着计计算了FM/I(S)/FM/I(S)/FM双结两边势阱电子为自旋向上而中间势阱的电子分别取自旋向上和向下这两种情况时，在不同的外加偏压下，隧穿概率和噪声随着电子的费米能量的变化，我们发现在隧穿概率的峰值处，噪声都出现了共振劈裂现象，这从噪声公式S=e3Va/2πhT(E)(1-T(E))中可以很容易看出来，当隧穿概率为1/2时，噪声达到最大值。随着偏压的增大，这种劈裂现象变的不明显，噪声的峰值变大；FM/I(S)/FM双结中间势阱电子是自旋向下时，隧穿概率出现峰值所需能量减小，在隧穿概率峰值处噪声发生共振劈裂现象所对应能量也变小，但是噪声的共振劈裂现象没有中间势阱电子为自旋向上时明显，两个共振劈裂之间的能量的间隔减小。　　 （2）我们接着研究了界面杂质和有效质量对FM/NM/FM结噪声的影响。我们首先计算了不考虑电子有效质量影响时,在费米能量不同的情况下，噪声随界面杂质势γ值的变化情况，噪声在θ=π时并不等于零，说明这里的自旋阀效应不是很理想的状况，这是因为都在铁磁层的两带模型中，自旋并没有完全被极化，在费米面处，还有一些自旋向下的电子，在两个铁磁层极化方向相反的情况下仍有小的电流通过隧道结，这样的状况更接近于现实的情况；接着计算了在杂质势γ值不同时噪声随着费米能量的变化情况，噪声在0=γ时的振荡是相对于能量轴呈对称分布的，用两带模型理论可以很好的解释，随着杂质势γ的增加，噪声的震荡又出现了反对称情况，并且波峰的数量增多，这些现象与杂质诱导的准束缚态有很大的关系。当费米能量很大时，噪声的反对称情况减弱，说明这种由自旋相关效应引起的差异随费米能量的增加而变小。随角度的增大，相同费米能量对应的波峰更加尖锐。而噪声在θ=π时并不等于零，这还是说明这里的自旋阀效应不是很理想的状况，与上面的解释类似；然后计算了有效质量和杂质同时作用时噪声随杂质势γ值的变化情况，改变有效质量可以使波矢发生变化，从而影响了噪声共振峰出现的位置，说明有杂质存在时，有效质量的不同还是对噪声产生一定的影响。　　 最后计算了在杂质势γ不同时噪声随费米能的变化情况，当1 m、3 m 取不同值时，噪声在0=γ时是相对于费米轴呈反对称分布的，而随着杂质势γ的增加，噪声这种反对称分布更加明显，并且随着费米能量的增加，这种反对称分布差异变小，而当1 m、3 m 均取1时，噪声在0=γ时是对称于费米轴分布的，而随着杂质势γ的增加，噪声呈现了反对称分布，并且随着费米能量的增加，这种反对称分布差异变小。这些情况说明电子的有效质量对噪声产生明显的影响。考虑质量的波形比下面不考虑质量影响的波形变化幅度小，波峰更加明显。