[发明专利]一种基于磁性斯格明子层的磁性多层膜

说明书

技术领域

本发明涉及自旋电子学材料与原理型器件领域，具体地说，涉及一种基于磁性斯格明子层的磁性多层膜。

背景技术

一般的隧穿磁电阻磁性隧道结、巨磁电阻纳米多层膜和巨磁电阻纳米柱的核心结构包括两层铁磁性薄膜、及其中间一层隔离层（通常称为三明治结构）。当两层铁磁性薄膜的磁矩处于平行排列的状态，体系表现出较低的电阻值（低电阻态）；当两层铁磁性薄膜的磁矩处于反平行排列的状态，体系表现出较高的电阻值（高电阻态）。高/低电阻值决定了隧穿磁电阻效应（中间隔离层为绝缘薄膜，如Al₂O₃、MgO、MgAlO等）和巨磁电阻效应（中间隔离层为导电薄膜，如Cu、Cr等）比值的大小。对于一般的磁性隧道结、巨磁电阻多层膜和巨磁电阻纳米柱，只有当通过它的电流密度达到10⁶～10⁷A/cm²量级时，自由层的磁矩才会发生翻转。

上述磁性隧道结、巨磁电阻多层膜和巨磁电阻纳米柱，其若实现自由层的磁矩翻转需要较大的电流密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁性斯格明子层的磁性多层膜，能够在较低的电流密度下，实现自由层磁矩的翻转。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于磁性斯格明子层的磁性多层膜，包括依次设置的衬底、缓冲层、钉扎层、隔离层、自由层、覆盖层，其中，所述自由层为磁性斯格明子层。

作为基于磁性斯格明子层的磁性多层膜的一种优选方案，所述钉扎层为铁磁层，或者为由反铁磁层和铁磁层组成的双层膜，或者为反铁磁层、底部铁磁层、夹层和顶部铁磁层组成的多层膜结构。

作为基于磁性斯格明子层的磁性多层膜的一种优选方案，所述铁磁层，双层膜中的铁磁层，以及多层膜结构中底部铁磁层和顶部铁磁层具有面内各向异性或垂直各向异性。

作为基于磁性斯格明子层的磁性多层膜的一种优选方案，所述钉扎层具有磁性斯格明子钉扎层。

作为基于磁性斯格明子层的磁性多层膜的一种优选方案，所述磁性斯格明子钉扎层为磁性斯格明子层，或者为由反铁磁层和磁性斯格明子层组成的双层膜，或者为反铁磁层、底部磁性斯格明子层、夹层和顶部磁性斯格明子层组成的多层膜结构。

作为基于磁性斯格明子层的磁性多层膜的一种优选方案，所述磁性斯格明子层为具有面内涡旋磁矩结构的合金材料、多铁材料或者反铁磁材料；所述磁性斯格明子层的厚度为2-30nm。

作为基于磁性斯格明子层的磁性多层膜的一种优选方案，具有面内各向异性的铁磁层，双层膜中的铁磁层，以及多层膜结构中的底部铁磁层和顶部铁磁层的厚度为2-20nm，其构成材料为自旋极化率大于50%的铁磁金属，或者所述铁磁性金属的合金，或者稀磁半导体材料，或者半金属材料。

作为基于磁性斯格明子层的磁性多层膜的一种优选方案，具有垂直各向异性的铁磁层，双层膜中的铁磁层，以及多层膜结构中底部铁磁层和顶部铁磁层为：厚度为1-1.5nm的自旋极化率比较高的铁磁合金；或者[Co/(Pd,Pt)]_n多层膜，其中Co的厚度为0.2-1nm，Pd或者Pt厚度为1-2nm，周期n为2～10；或者L1₀相的(Co,Fe)-Pt合金，厚度为5-30nm；或者稀土-过渡金属合金，其厚度为5-30nm。

作为基于磁性斯格明子层的磁性多层膜的一种优选方案，所述衬底为绝缘材料，其厚度为0.3-1mm；

所述缓冲层是能够和衬底紧密结合的非磁性单层金属层或多层复合金属薄膜；

所述夹层为非磁性金属层，其厚度为0.2-1.5nm；

所述反磁层为厚度为3～30nm的反铁磁性的合金材料，或者厚度为5～50nm且具有反铁磁性的氧化物；

所述隔离层为厚度为1-5nm的绝缘层，或者厚度为0.2-100nm的非磁性金属层；

所述覆盖层为不易被氧化且导电性良好的金属层，其厚度为10-100nm。

作为基于磁性斯格明子层的磁性多层膜的一种优选方案，所述磁性斯格明子层的翻转电流密度为10²A/cm²量级。