發(fā)布時間：2021-06-10 21:10

　　自旋電子學作為一門快速發(fā)展的學科對于物理學前沿理論的開拓與信息技術的進步都具有重要的意義,而作為自旋電子器件核心結構的磁性納米多層膜體系也因此成為了人們關注的焦點。這其中一個重要的研究領域就是關注磁性薄膜體系中受表面界面等因素調控的磁疇結構。光發(fā)射電子顯微鏡可以兼容多種光源實現(xiàn)激發(fā)過程,同時對于表面信息更為敏感,因此成為了研究薄膜體系中磁疇結構的重要技術手段。另一方面,深紫外激光技術的重大突破使得光發(fā)射電子顯微鏡擺脫大型同步輻射裝置的限制而開展磁疇結構研究變?yōu)榱丝赡�。因此本論文以光發(fā)射電子顯微鏡作為核心表征技術手段,在具有單晶外延結構的鐵磁/反鐵磁異質薄膜體系中開展了關于近費米能級的光電子激發(fā)磁成像技術的探索,主要成果如下:（1）以偏振態(tài)可調的177.3 nm深紫外激光作為激發(fā)光源接入光發(fā)射電子/低能電子顯微鏡（PEEM/LEEM）系統(tǒng)并實現(xiàn)了優(yōu)于20 nm空間分辨率的表面觀測。設計樣品傳輸裝置并完成了光發(fā)射電子顯微鏡與分子束外延聯(lián)合系統(tǒng)的搭建工作,使得在單晶薄膜體系中開展PEEM磁成像觀測實驗具備了技術條件。（2）在具有外延結構的高質量FePt薄膜中利用深紫外激光-光發(fā)射電子顯微鏡作... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

過往40年集成芯片性能的進化趨勢（數(shù)據(jù)來自GitHub）

第 1 章 緒論半導體領域的發(fā)展具有藍圖意義的摩爾定律[5]。在這一進程中起決定性作用集成器件的特征尺寸。對于晶體管而言，更小的溝道長度可以實現(xiàn)信息的更遞，這一點從近 40 年中央處理器（CPU）時鐘頻率的提升可以看出（圖 1.1），的收益就是功耗的降低與集成度的提高，這與摩爾定律相對應。但是當器件征尺寸進入到納米量級時量子效應的干預與漏電流導致的能耗增加使得集路的發(fā)展遇到了瓶頸[6, 7]，此時人們開始考慮對電荷之外的電子另一內稟屬旋加以利用并由此形成了自旋電子學（Spintronics）。自旋電子學的發(fā)展始于巨磁電阻（giantmagnetoresistance，GMR）效應的發(fā)上世紀 80 年代，法國的 Albert Fert 教授[8]與德國的 Peter Grünberg 教授[9, 10]組分別在具有反鐵磁耦合的Fe/Cr超晶格體系中發(fā)現(xiàn)了巨大的磁電阻效應并雙電流模型對此做出了解釋（圖 1.2）。

磁性外延異質結構薄膜中的光發(fā)射電子顯微學研究NiFe 層的頂釘扎作用下，施加外場可以實現(xiàn)兩鐵磁層平行態(tài)與反平行態(tài)的切而產生 GMR 效應。這一構型隨后被 IBM 公司應用于新一代硬盤讀頭設計取代了基于各向異性磁電阻（anisotropicmagnetoresistance，AMR）效應的讀硬盤的信息存儲密度由此得到了大幅度提升[16]。此后希捷公司在 2004 開發(fā)一代基于非晶勢壘層隧道結的硬盤讀頭并于 2009 年將勢壘升級為 MgO，由硬盤碟片存儲密度提升至 800 Gb/inch2。圖 1.3 顯示了硬盤讀頭技術的發(fā)展，得益于 GMR 與 TMR 效應的應用與存儲方式的革新，機械硬盤的存儲密過往的幾十年得到了顯著提升，對信息技術發(fā)展產生了巨大的推動作用。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]磁性斯格明子:前景與挑戰(zhàn)[J]. 丁海峰,繆冰鋒,Kirsten von Bergmann.  物理. 2017(05)
[2]過量B的Ta/CoFeB/MgO薄膜垂直各向異性和溫度穩(wěn)定性的增強[J]. 常遠思,李剛,張穎,蔡建旺.  物理學報. 2017(01)
[3]PEEM/LEEM技術在兩維原子晶體表面物理化學研究中的應用[J]. 寧艷曉,傅強,包信和.  物理化學學報. 2016(01)
[4]深紫外激光光發(fā)射電子顯微鏡（PEEM）[J]. 曹凝,傅強,包信和.  中國科學院院刊. 2012(01)
[5]同步輻射X射線磁二色性在自旋電子學研究中的應用[J]. 吳義政.  物理. 2010(06)
[6]深紫外全固態(tài)激光源[J]. 許祖彥.  中國激光. 2009(07)
[7]深紫外非線性光學晶體及其應用[J]. 陳創(chuàng)天,劉麗娟.  硅酸鹽學報. 2007(S1)



本文編號：3223127