纳米线的电磁学输运性质的研究

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当物质的尺寸降到纳米量级时,纳米体系将会呈现出许多不同于宏观物体,也不同于单个孤立原子的奇异现象,例如巨磁阻效应,自旋扭矩效应,电阻开关效应等。由于纳米结构的多样性以及电子相互作用的复杂性,纳米系统中新的物理效应不断被发现,人们对纳米材料的电子输运特性远未达到一个清楚认识的地步,在这个领域还有广阔的研究空间。  本论文介绍了作者对纳米线中的电子输运特性的研究,主要内容包括:(1)相关的实验方法介绍,包括通过电化学沉积法制备纳米线,通过微纳加工法制备纳米线电学器件,通过探针台或机械接触法进行电学测试;(2) Ni/NiO核壳结构纳米线的电阻开关效应;(3)具有Co/Cu/Co自旋阀结构的纳米线的热自旋电子学效应。取得了以下主要研究成果:  1.通过电化学沉积法制备Ni纳米线,再通过室温氧化、微纳加工的方法制备Ni/NiO核壳结构电阻开关器件。通过电学测试,我们观测到该器件具有稳定的记忆型电阻开关效应。通过第一性原理计算,我们给出了产生电阻开关效应的物理机制是:在电压的作用下NiO中的氧空位发生迁移,形成导电丝。同时我们还发现,在电学测试中使用不同的限制电流,会影响电阻开关的类型——记忆型或阈值型。我们给出唯象的解释:限制电流影响导电丝的粗细,进而影响导电丝的稳定性,最终决定电阻开关的类型。2.通过电化学沉积法制备含有Co/Cu/Co自旋阀结构的Cu纳米线,通过机械接触的方法进行电学测试。我们通过两种方法建立温度梯度:焦耳热加热法和激光加热法,进而产生热自旋流。首次观测到热自旋流对FMR有调制作用。对于这一物理现象我们给出唯象的解释:即热自旋流通过热自旋扭矩作用(Thermal Spin Torque)作用使FMR的“转盘”变大,进而FMR峰的强度变大。
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