论文部分内容阅读
随着时代的发展,人们对信息存储的要求越来越高,比如在希望储存容量增大的同时又要便于携带。目前,磁随机存储器（MRAM）因其优良的性能,如非易失性、高速度、高密度、低能耗等,被广泛的应用在存储领域。为了进一步提高磁随机存储器的存储密度,磁随机存储器的磁性层要求满足以下四个条件:1、大的垂直磁各向异性常数（）。2、低的磁阻尼常数。3、小的磁矩。4、大的隧道磁电阻率（TMR）。其中,大的垂直磁各向异性在克服热扰动以及增强磁记录稳定性方面起着非常重要的作用;低的磁阻尼常数能减小磁矩翻转电流,从而减小能耗;小的总磁矩,可以有效的降低退磁场,并且能减小相邻存储单元的耦合作用,从而增加记录信息的稳定性,提高信噪比;大的TMR与自旋极化有关,可以进一步提高MRAM的存储密度和存取的速度。因此寻找同时具有大的垂直磁各向异性能与低的、的半金属材料成为问题的关键。我们利用第一性原理,通过控制界面、改变MnxGa硬磁层和Co2FeAl软磁层的厚度与界面交换耦合,对MnxGa|Co2FeAl（x=1,1.66,3）超晶格进行了一系列的研究。结果表明,当反铁磁耦合的MnxGa层和Co2FeAl层具有适合的厚度与界面时,超晶格的总磁矩可以很好地平衡到零附近。在超晶格中,MnxGa层可以保留其块体的强垂直磁各向异性（PMA）,对于x=1,1.66,3时,块体值分别可到达0.38,0.37,0.22 meV/Mn。超晶格中PMA很少依赖于厚度,但是与MnxGa和Co2FeAl层之间的耦合密切相关。我们发现,Mn-Co界面处的铁磁/反铁磁耦合会产生小/大的界面负PMA,因此会减小超晶格的PMA;然而,对于Ga-Co界面,铁磁/反铁磁耦合对超晶格的PMA产生大/小的正贡献。此外,Ga-Co（MnGa-Co）界面是实验上外延生长MnxGa|Co2FeAl超晶格的最好的界面,因为它可以保证超晶格呈现高稳定性、大PMA和可调磁矩。总之,我们用第一性原理计算研究了MnxGa|CFA超晶格（x=1,1.66,3）的几何结构、电子结构和磁性。全面地研究了磁性和垂直次各向异性能对化学组分,界面和厚度的依赖关系,分析了界面交换耦合,并提供了物理机制。此外,我们画出了磁性原子的PDOS图,用二阶微扰公式分析了磁各向异性能的起源,并发现电子在8)=±2之间的跃迁是造成超晶格大的PMA的主要原因。本文对MnxGa|Co2FeAl超晶格的探究不仅对科学研究,而且对磁隧道结的应用有着指导作用,为下一代数据存储设备和自旋电子学存储应用提供新的选择和可行方案。