论文部分内容阅读
(Ga，Mn)As是一种被广泛认可的具有本征铁磁性的磁性半导体，在过去的十余年中受到了高度关注，但是，其过低的居里温度阻碍了(Ga，Mn)As材料应用于室温工作的半导体自旋电子学器件。在本论文中，我们尝试了利用磁邻近效应来提高其居里温度。另一方面，能与半导体材料结构和工艺兼容，并具有垂直易磁化特性的材料是未来提高非易失性存储和逻辑器件密度的关键，我们在GaAs衬底上成功制备出了垂直易磁化的MnAl薄膜。此外，寻找和生长具有高自旋极化度和高居里温度的自旋电子学材料对提高自旋电子学器件性能至关重要，我们利用全分子束外延技术制备了Heusler合金/超导体异质结构，然后利用Andreev反射测量其自旋极化度。本论文的主要研究内容如下: (1)利用分子束外延技术在GaAs衬底上外延生长了Co2FeAl/(Ga，Mn)As异质结构，对其结构和磁性质进行了研究。XMCD和SQUID测试结果表明Heusler合金Co2FeAl和磁性半导体(Ga，Mn)As之间存在铁磁耦合作用，导致(Ga，Mn) As中存在交换偏置场。由于Co2FeAl的磁邻近效应，在400 K时，仍有1.36 nm厚的(Ga，Mn)As保持自旋极化。该方法的应用有望实现基于磁性半导体的室温工作器件。 (2)利用分子束外延方法在GaAs(001)衬底上外延生长了一系列MnAlx薄膜，系统地研究了其结构和垂直易磁化特性随组分及生长温度的依赖关系。磁性测试表明，可在较大组分范围内（0.4≤x≤1.2）获得大矫顽力的垂直易磁化MnAlx薄膜，然而磁性测试发现当x≤0.6时MnAlx薄膜出现较多的软磁相。同步辐射X射线衍射测试表明当x＞0.9时，MnAl薄膜晶体质量和化学有序度逐渐降低，组分为MnAl0.9时制备的薄膜有最好的[00l]取向。随着生长温度的增加，MnAl0.9薄膜的有序度、垂直磁各向异性常数、矫顽力和剩余磁化率均增加，350℃时制备的MnAl0.9薄膜化学有序度高达0.9，其磁化强度、剩余磁化率、矫顽力、垂直磁各向异性常数和磁能积分别为361.4 emu/cm3、93％、8.3 kOe、13.65Merg/cm3和4.44 MGOe。 (3)利用分子束外延技术制备了铁磁体/超导体异质结构，使用Andreev反射方法初步测试了理论预言的半金属Co2MnAl材料的自旋极化度。初步测试结果表明Co2MnAl的自旋极化度仅为60％，远远低于理论预言的100％。这可能是由于所制备的Co2MnAl只是较无序的B2结构，并不是理论预言所采用的L21结构。此外，我们研究了不同温度和不同外磁场，对样品异质结的Andreev反射的影响。