[发明专利]一种通过电流直接调控铁磁金属磁性的方法

说明书

本发明公开了一种通过电流直接调控铁磁金属磁性的方法。本发明突破了传统磁调制的机理方法，无需使用多层结构或牺牲器件性能为代价，在铁磁金属居里温度以下，通过对铁磁金属材料直接注入电流，实现了在单个材料中电流辅助畴壁运动，直接高效地调控铁磁金属磁性，并且可以通过调控接触电极的几何形状进一步对改变矫顽力的阈值电流以及正负电流的对称性进行调节。本发明在应用上将简化器件的架构，提高自旋电子学器件的性能和降低功耗，具有巨大的成本和性能优势。

技术领域

本发明涉及自旋电子学领域，具体涉及在铁磁金属中利用电流高效地调控磁性的方法及基于上述方法的霍尔效应器件。

背景技术

自旋电子学及其相关研究领域在存储器和逻辑器件等诸多方面具有广泛的应用。传统的磁调制主要有自旋轨道扭矩和自旋转移扭矩两种方法，其中自旋轨道扭矩方法需要多层结构，不利于器件的简便化和微型化；自旋转移扭矩方法由于内在和外在的钉扎效应，使得推动金属系统中的畴壁需要10⁶-10⁸A/cm²的电流密度阈值，增加了器件的能耗并限制了其应用。虽然有可能以较低的畴壁速度或半导体中较小的去钉扎场为代价来实现较低的电流密度来驱动畴壁的运动，但不利于提高器件的性能和降低器件的能耗。因而开发一种新型的磁调制技术对制备高性能、低功耗、简便的微纳自旋电子学器件具有重要的科学和商业价值。

发明内容

针对以上自旋电子学领域磁调制所存在的问题，本发明的目的是提出一种通过电流直接调控铁磁金属磁性的方法。

一些铁磁金属具有性质稳定、磁各向异性能大、矫顽力大等优异的物理特性，本发明研究发现，在铁磁金属中直接注入电流可以辅助畴壁运动，进而直接高效地调控其磁性。基于该发现，本发明提出如下技术方案：

一种调控铁磁金属磁性的方法，在铁磁金属的居里温度以下，通过对铁磁金属材料直接注入电流，辅助畴壁的运动，利用电流直接调控铁磁金属材料的磁性。

上述调控铁磁金属磁性的方法中，所述铁磁金属材料为可以通过电流辅助畴壁运动的材料，优选为下述材料中的一种：Co₃Sn₂S₂、Fe_xTaS₂、Co₂MnGa、CrO₂、HgCr₂Se₄铁磁金属，其中0.2x0.4。

上述调控铁磁金属磁性的方法中，所述铁磁金属材料为薄膜，其厚度优选在1-300nm。在薄膜两端设置接触电极，通过接触电极施加电流，施加的电流密度在10⁵-10⁷A/cm²。

进一步的，可以通过改变接触电极的几何形状来调控电流改变材料磁性的效率，即接触电极的几何形状变化可以使改变矫顽力的阈值电流以及正负电流的对称性发生变化。

所述接触电极为金属电极，其材料可以选自Cr、Ti、Pd、Au、Bi、Ni、Gd中的一种或多种。

在本发明的实施例中，基于自主生长的铁磁金属制备了霍尔效应器件。所述霍尔效应器件基底可以为石英、二氧化硅、蓝宝石、云母片、SiC基底、GaN基底、柔性基底，在基底上生长铁磁金属薄膜，然后通过反应离子刻蚀、化学湿法腐蚀或离子束刻蚀法等刻蚀方式将铁磁金属薄膜刻蚀并图形化制备成霍尔效应器件。在器件两端制备接触电极，在居里温度以下可通过电流辅助的畴壁运动调控铁磁金属薄膜的磁性，同时接触电极的几何形状变化也可以用来作为电流辅助改变铁磁金属薄膜的磁性效率的一种方法，即改变接触电极的几何形状可以使改变矫顽力的阈值电流以及正负电流的对称性发生变化。

本发明的有益效果在于：