从物理发现到成功应用_兼谈2007年度诺贝尔物理学奖授予巨磁电阻效应发现者.pdf

科技导报2 0 0 7年第2 5卷第2 4期 总第2 4 6期 1现代信息材料和技术热点发展方向 现代信息材料和技术的主要发展目标是研究新材 料和新技术 以加速信息的处理 扩大信息的存储容 量 完善信息的保密传输 目前有两类材料非常引人注 目 一是以电子自旋为媒介的自旋电子学 S p i n t r o n i c s 或磁电子学M a g n e t o e l e c t r o n i c s 材料 1 3 二是以光子 为主要信息载体的量子信息材料 8 0年前 英国理论物理学家狄拉克 P A M 从物理发现到成功应用 兼谈 2 0 0 7 年度诺贝尔物理学奖授予 巨磁电阻效应发现者 韩秀峰 刘东屏 温振超 中国科学院物理研究所 磁学国家重点实验室 北京1 0 0 0 8 0 摘要 法国科学家A l b e r t F e r t和德国科学家P e t e r G r n b e r g因发现巨磁电阻效应 G MR 而获得2 0 0 7年度诺贝尔物理学奖 通过 介绍他们的突出贡献及该领域的其他相关重要工作 梳理了近2 0年时间里 巨磁电阻效应和隧穿磁电阻效应 T MR 从物理发现到人 工制备和优化多种纳米磁性多层膜 磁性隧道结 MT J 材料 以及被成功应用于计算机磁读头 磁随机存储器和多种磁敏传感器的发 展历程 展现了该领域现阶段有重要应用前景的一些热点课题 关键词 巨磁电阻效应 隧穿磁电阻效应 磁性随机存储器 自旋阀 自旋电子学 中图分类号 O 4 8 4 T M2 7 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 7 8 5 7 2 0 0 7 2 4 0 0 1 7 0 8 F r o mP h y s i c a l D i s c o v e r yt oaS u c c e s s f u l D e v i c e Wh yN o b e l P r i z e i s G i v e nt oA l b e r t F e r t a n dP e t e r G r n b e r g t h e D i s c o v e r e r o f G i a n t Ma g n e t i c R e s i s t a n c e E f f e c t 收稿日期 2 0 0 7 1 0 3 1 基金项目 国家自然科学基金项目 1 0 5 7 4 1 5 6 5 0 3 2 5 1 0 4 科学技术部 重大科学研究计划 项目 2 0 0 6 C B 9 3 2 2 0 0 中国科学院知识创 新项目重点课题 作者简介 韩秀峰 北京市中关村南三街8号中国科学院物理研究所 磁学国家重点实验室 研究员 研究方向为自旋电子学材料 物理 和器件研究 E m a i l x f h a n a p h y i p h y a c c n H A NX i u f e n g L I UD o n g p i n g WE NZ h e n c h a o K e y N a t i o n a l L a b o r a t o r y o f M a g n e t i s m I n s t i t u t i o no f P h y s i c s C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s B e i j i n g 1 0 0 0 8 0 C h i n a A b s t r a c t T h er e a s o n so f w h y2 0 0 7N o b e l P r i z ei nP h y s i c si sg i v e nt oG M Re f f e c t h a v eb e e na n a l y s i si nt h i sp a p e r T h eg r e a t c o n t r i b u t i o no f A l b e r t F e r t a n dP e t e r G r n b e r g a s w e l l a s t h e o t h e r s c i e n t i s t s a r e r e p o r t e d T h e p a p e r d a t e s b a c kt o t h e h i s t o r y f r o m t h el a s t t w e n t yy e a r s t i l l n o w w h i c hr e v i e w s t h ed i s c o v e r yo f G M Ra n dT M Re f f e c t t h er o a d m a po f o p t i m i z eM T J m u l t i p l el a y e r s t r u c t u r ea n dt h eh i s t o r yo f v a r i e t i e s a p p l i c a t i o n s o f G M Ra n dT M Re f f e c t M e a n w h i l e t h en o w a d a y s t e c h n o l o g yt o w a r d s s o m eh o t s p o t s i nt h e r e s e a r c ha r e a h a s b e e na l s o c o n s i d e r e di nt h e p a p e r K e yWo r d s G M R T M R M R A M s p i nv a l v e s p i n t r o n i c s C L CN u mb e r s O 4 8 4 T M 2 7 1D o c u me n t C o d e AA r t i c l eI D 1 0 0 0 7 8 5 7 2 0 0 7 2 4 0 0 1 7 0 8 本刊专稿 S p e c i a l t oS 当中间层是绝缘势垒层时构成了非钉扎型磁性隧道结 F i g 1 B a s i cs t r u c t u r eo f G MRa n dMT J T h eb a s i c G MRs t r u c t u r eh a san o n ma g n e t i cme t a l l i cmi d d l e l a y e r T h eb a s i cMT Js t r u c t u r eh a sa n o n ma g n e t i ci n s u l a t emi d d l el a y e r D i r a c 将新生的量子力学与爱因斯坦的相对论结合 建 立了相对论量子力学 成功地解释了电子为什么会具 有一种特别的磁性或角动量 即自旋 每个电子自旋都 有任意的两个方向 每个自旋的大小为 2 为P l a n c k 常数 当固体中所有的未配对电子自旋指向同一方向 时 就形成了铁磁体 在磁场中 电子自旋平行或反平 行于磁场时 电子具有不同的能量 通常 外电场作用 下的电流中 电子自旋的指向是无规的 没有宏观磁 性 自此 人们清楚地认识到电子不仅带有质量和基本 电荷 还带有内禀自旋 2 0世纪7 0年代 传统的电子微处理器和电路被一 起制备到半导体晶圆上形成集成电路 随后随着半导 体制备工艺的提高 单个微处理器的尺寸迅速减小 作 为指标性参数 半导体晶圆上单位面积的晶体管和电 阻数目 在过去三四十年间 由最初的每1 2个月翻一 番到目前的每1 8个月翻一番 这个指数增长的所谓摩 尔定理 归纳了半导体和信息工业的发展速度 使最初 能占满一间房屋大小的体积庞大的计算机变成了目前 的台式计算机或便携式笔记本计算机 其运算速度和 存储量分别得到了数十万倍和上千万倍的提高 这种 迅速发展也使半导体晶圆上的晶体管体积快速逼近纳 米尺度 使得晶体管尺度的限制成为大规模集成电路 发展中难以逾越的障碍 与此同时 有限尺度的物理器 件引起的热耗散也是集成电路的一大难题 在探索半 导体工业新的发展方向时 发现除了利用电子的电荷 来传输能量和信息外 电子的另一重要内禀性质 自旋可以为未来半导体工业的发展带来新的契机 由 此发展了自旋电子学这一新兴学科 其核心是研究如 何有效地 精确地操纵电子自旋这个自由度 以实现高 密度信息的存储 调控 传输和处理 S p i n t r o n i c s 是一个合成词 由S p i n T r a n s p o r t和 E l e c t r o n i c s 3个词组成 这一说法的第一次出现是在 1 9 9 4年美国国防部高等研究计划局 D A R P A 的提案中 由S A Wo l f提出的 该计划的目的是创造新一代的电 子元件 Wo l f本人对 S p i n t r o n i c s 的最初解释是 创新 磁性材料与元件 其后在2 0 0 1年的文章中发展为 利 用电子自旋特性的电子器件 简称为自旋电子学 目前 自旋电子学的发展不仅包含了对巨磁电阻 和隧穿磁电阻效应及其材料的研究 还派生出了金属 氧化物材料和庞磁电阻效应 C M R 磁性半导体材料 自旋晶体管 自旋逻辑控制器件 自旋退相干 自旋散 射 机制 自旋流注入等若干研究领域 量子信息学中 以纠缠态的光子为操控对象 利用 纠缠量子态塌缩原理完成信息的超远程 保密传递 它 利用光子晶体的特殊性能完成光子之间的耦合作用 然后利用特殊光导纤维将处于纠缠态的光子传输到远 处的接收端 并完成信息的还原 量子力学态塌缩原理 保证了信息传输密匙的无二性 相关研究不仅在理论 上验证了多光子纠缠的可行性 而且通过实验实地完 成了纠缠态信息的远程传递 利用电子实现量子纠缠 态是需要一直努力的方向 4 2G MR人工磁电阻材料发展历程 通常 当金属样品受外加磁场作用时 因为洛仑兹 力的作用电流会改变其运动的方向 从而引起样品电 阻发生改变 通常的磁阻率可定义为 磁场下电阻的变 化值与无磁场下电阻值之比 电子的弛豫时间越长 磁 场作用在电阻上的效应就越大 磁电阻效应与样品的 形状有关 在磁场作用下 电流流过的路程越长 样品 电阻越大 不同几何形状的样品 在同样大小的磁场作 用下 其电阻变化不同 在某些情况下也称为各向异性 磁电阻 A M R 通常 铁和钴等铁磁性金属的各向异性 磁电阻可达到0 8 和3 0 各向异性磁电阻材料曾被 用于制备G M R之前的计算机磁硬盘磁读出头器件 1 9 8 6年 德国P G r n b e r g等 5 领导的实验小组利 用M O K E 磁光K e r r 技术 首次发现在三明治结构F e C r F e人工制备的纳米磁性多层膜中 铁磁层间能形成 反铁磁耦合的状态 随后1 9 8 9年 又证实三明治结构 F e C r F e在铁磁 平行态 和反铁磁 反平行态 耦合状 态下电阻有巨大变化 指出该磁致电阻的巨大改变来 自于两个铁磁层在反铁磁耦合状态下对传导电子的自 旋反转散射 6 图1给出了最简单的三明治结构式巨磁 电阻和隧穿磁电阻隧道结的结构原理 1 9 8 8年 法国A F e r t等 7 利用分子束外延方法 M B E 制备了沿 0 0 1 晶向生长的 F e C r n纳米磁性 本刊专稿 S p e c i a l t oS 同年 被实验所证实 1 1 C P P G M R磁电阻 效应为更高密度G M R磁读出头 5 0 0 10 0 0G b i n 2 的 研制和开发奠定了物理依据 并对设计金属纳米磁结 构和研究其中的自旋注入 自旋输运 自旋转移 自旋 弛豫等现象和开发新的功能材料及器件具有重要的指 导意义 在此后的数年中 P B r u n o等 1 2 1 4 通过对R K K Y相 互作用的进一步理解 提出电子光学模型 从而通过唯 象理论描述了层间耦合的物理过程 并考虑了电子之 间的干涉作用 其实质是磁性层之间通过电子为媒介 进行磁矩的传递 B u t l e r等 1 5 利用第一性原理计算的方 法 从原子计算的角度出发 揭示了巨磁电阻产生的本 质是由于磁性层和中间层材料间自旋向上 S p i nU p 和 自旋向下 S p i nD o w n 能带的不匹配造成的 更进一步 加深了人们对与自旋有关的输运过程和磁性电子能带 结构的认识 此后S c h u l l e r等 1 6 在前人工作的基础上进 一步阐述了R K K Y相互作用 铁磁 反铁磁交换耦合等 物理现象在G M R体系中的作用 就其实质而言 巨磁阻效应取决于邻近铁磁层磁 化强度的相对方向 由于磁性和非磁性膜的厚度在电 子的平均自由程内 当磁性层磁化方向平行时 会增加 电子的平均自由程 反之会减弱电子的平均自由程 这 就导致了巨磁阻效应 可以说 巨磁阻效应是体系中自 旋极化态电子平均自由程改变的结果 G M R效应按测量方法的不同可分为C I P和C P P 两种 如图2 a 所示 其物理成因一般可认为是相同 的 将G M R效应按照磁场反转方式的不同 可分为层 间耦合型和反铁磁材料钉扎型即自旋阀结构S p i n V a l v e 如图2 b 所示 自旋阀结型的G M R多层膜材 料 在磁敏传感器等器件等方面具有广泛的用途 3T MR磁电阻材料的发展状况 关于将G M R三明治结构中的中间层由导体变成 绝 缘 体 时 是 否 会 产 生 显 著 的 室 温 隧 穿 磁 电 阻 T u n n e l i n gM a g n e t o R e s i s t a n c e T M R 效应 日本的 M i y a z a k i等 1 7 和美国的M o o d e r a等 1 8 于1 9 9 5年分别成 功地实验制备了F e A l O x F e和C o F e A l Ox N i F e型三明 治结构磁性隧道结 M a g n e t i cT u n n e l J u n c t i o n M T J 并 观测到室温下的2 0 量子隧穿磁致电阻效应 而且根 据A n d r e e v反射结果 测 得 了N i F e的 自 旋 极 化 率 为 3 8 C o的自旋极化率为4 5 对于T M R现象 最早利 用J u l l i e r e 1 9 和S l o n c z e w s k i 2 0 的唯象模型进行分析 发现 与采用氧化铝类非晶态材料作为中间势垒层的磁性隧 道结的实验结果符合得很好 该模型的核心是 磁性层 中的自旋极化电子的比例 自旋极化率P 决定了T M R 现象的大小 而与中间的绝缘势垒层无关 为了寻找高 自旋极化率的材料 在随后的实验中还利用各种手段 对不同磁性材料中的自旋极化率进行了测定 表1给 出了常见的用于优化巨磁电阻 G M R 和隧穿磁电阻 T M R 隧道结材料其铁磁层的金属 金属合金及金属 氧化物材料 采用具有高自旋极化率 一种等效定义 的金属 金属合金和金属氧化物材料可以有利于提高 磁电阻比值 实验表明 N i M n S b类的合金体具有最大 的自旋极化率 而从理论上说 用半金属材料制作的隧 道结将具有接近理论极限的T M R效应 目前 已知的经实验证实的具有半金属效应的材 料有L S M O 2 1 C r O 2 2 和N i M n S b 2 3 C o M n S i 2 4 B o w e n 等 2 5 在以L S M O为电极的隧道结体系中获得了18 0 0 图2不同类型体系的G MR效应 F i g 2 D i f f e r e n t s t r u c t u r e so f G MRe f f e c t a b 本刊专稿 S p e c i a l t oS 邢定玉 4 4 对G M R的准经典理论进行了修正以便更 贴近实验结果 国内T M R效应的研究开始于2 0 0 0年左右 发表 了T M R相关的S C I学术论文约2 0 0 3 0 0篇 为了使 T M R体系更易应用于电子业 磁控溅射成了必不可少 的实验手段 中国科学院物理研究所磁学实验室M 0 2 组在国内较早开始此项研究 利用磁控溅射技术实现 了室温下8 0 的磁电阻变化 为目前国际上以氧化铝 为势垒的磁性隧道结材料体系的最好值 并且提出一 种新的观测自旋散射相干长度方法 4 5 并基于第一性原 理方法研究了单晶双势垒磁性隧道结F e 0 0 1 M g O F e M g O F e中的量子阱以及量子阱共振隧穿效应 4 6 这有 助于对基于磁性隧道结的自旋晶体管研发的物理研 究 此外 对双势垒隧道结体系的理论和实验探索也是 国内外研究的热点 都有为课题组近年在Z n 0 4 1F e0 2 9O4 F e 2O3 复相多晶铁氧体中所发现的T M R效应 室温 下可达1 5 8 4 2K温度下则可高达12 8 0 且在相 当宽的温区内磁电阻效应几乎不随温度变化 室温附 近磁电阻效应对温度不灵敏 4 7 李正中 胡安等 4 8 的唯 象研究深入地分析了隧道结中自旋相干散射程度问题 该结果可有效地推广到双势垒隧道结体系中 并可为实 验提供有力的理论支持 5G MR和T MR磁电阻材料的产业化简况 G M R效应在发现之初就受到了工业界的高度重 视 这种与磁性有关的电阻变化正是信息读取的绝佳 选择 1 9 9 7年 在G M R效应发现不到1 0年 I B M成功 地将其应用到硬盘存储中 推出了第一款商用的以 G M R效应为原理的磁头 这使得信息存储量由K b提 升到了1 0 0G b量级 并极大地降低了硬盘成本 使高 密度高容量硬盘走进千家万户 本质上 G M R的磁头是 一个线性化传感器 其原理如图3所示 图片选自东莞 本刊专稿 S p e c i a l t oS 1 9 6 0 1 9 9 2年 前后 采用感应线圈等读头技术 使得计算机磁记录密 度的年平均增长率保持在3 0 左右 1 9 9 2 1 9 9 6年间 通过采用各向异性磁电阻 A M R 材料和A M R磁读头 技术 计算机磁记录密度的年平均增长率达到6 0 左 右 由于新型人工磁电阻G M R材料的发现和G M R磁 读头技术的发展 在1 9 9 6 2 0 0 2年间 计算机磁记录密 度的年平均增长率达到1 0 0 每年可翻一番 随着磁 记录密度越来越高 约束磁记录技术发展的材料 物理 和半导体集成工艺等瓶颈问题日益显著 2 0 0 2 2 0 0 6年 间尽管产业化中的G M R T M R磁读头技术越发先进 但 计算机磁记录密度的年平均增长率却回落到4 0 左 右 然而 2 0 0 7年实验室计算机磁硬盘H D D的磁存储 密度演示水平已达5 2 0G b i n 2 美国WD公司公布的数 据 2 0 0 7年投放市场的新一代垂直磁存储器H D D产 品达到1 4 8G b i n 2 日本日立公司公布的数据 对比5 0 年前I B M3 5 0型计算机 磁硬盘H D D的实际存储密度 在半个世纪里增长了70 0 0万倍 而每兆比特信息存储 的成本价格近十几年来却下降为原来的数千分之一 1 9 9 7年以来 已有5 0亿只G M R磁读头投入使用 而2 0 0 5和2 0 0 6连续两年国际上T M R磁读头的年产 量保持在4亿个左右 并且需求量在继续增长 2 0 0 6年 国际计算机硬盘市场产值超过3 0 0亿美元 因此 基于 G M R和T M R新型磁电阻材料生产的高存储密度和高 性能的台式计算机 笔记本计算机 数字摄像机 M P 3 和i P o d 家庭影院等已进入千家万户 创造了信息采 集 存储和处理的新时代 T M R效应发现后 根据其电阻的变化可以标志信 息 0 1 状态的性质 提出了以T M R效应为基础的 M R A M 磁性随机存储器 图4为传统型M R A M存储 单元和阵列结构示意图 也就是利用T M R效应制作计 算机的内存 美国I B M公司和摩托罗拉公司分别于 2 0 0 2和2 0 0 3年展示了其研制的4M BM R A M演示器 件 在该演示器件中所采用的中间势垒层为氧化铝 世 界 第 一 款 商 用4M B M R A M由 美 国M o t o r o l a和 F r e e s c a l e公司生产 于2 0 0 6年投放市场 其中间势垒 层仍为氧化铝 在中国科学技术部9 7 3计划项目课题的资助下 中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室开展了 M R A M原理型器件的基础性研究 2 0 0 6年9月完成了 传统型1 6 1 6b i t M R A M演示器件的制备和演示工作 并在国际上首次设计和制备出采用外直径为1 0 0n m 环状磁性隧道结为存储单元 同时采用自旋极化电流 直接驱动的新型4 4b i t M R A M原理型演示器件 图5 是采用内外直径分别为5 0和1 0 0n m的环状磁性隧道 作为存储单元 同时采用自旋极化电流直接进行信息 写入操作的新型4 4b i t M R A M演示器件设计原理图 图6是中国科学院物理所M 0 2课题组研制的采用纳米 环状磁性隧道结作为存储单元和自旋极化电流驱动方 式的新型4 4b i t M R A M原理型演示器件 以及对比实 验所用传统型4 4b i t M R A M原理型演示器件 该方案 不仅可以大大简化隧道结结构 存储器单元结构和外 电路的设计 还可以显著降低存储单元写操作功耗和 提高存储单元密度 为发展M R A M实用性器件提出了 一种有价值的新设计方案 该项研究2 0 0 6年1 1月通 过中国科学院成果鉴定 基于G M R和T M R新型磁电阻器件更是广泛应用 于科研 生产 工业和国防等领域 其应用范围涵盖数 字机床的精确步进控制 汽车马达转速传感器 地磁场 测量 磁敏助听器 数字罗盘 磁性指纹识别等 是一种 图4传统型MR A M存储单元和阵列结构示意图 F i g 4 T r a d i t i o n a l MR A Ma r r a ya n dc e l l s t r u c t u r e 本刊专稿 S p e c i a l t oS TR e v i e w 2 2 科技导报2 0 0 7年第2 5卷第2 4期 总第2 4 6期 图6新型4 4b i t N a n o r i n gMR A M原理型演示器件及其 对比实验用的传统型4 4b i t MR A M原理型演示器件 F i g 6 4 4b i t N o v e l N a n o r i n gMR A Md e mod e v i c e s v s4 x 4b i t T r a d i t i o n a l MR A Md e mod e v i c e s 具有广泛用途的高科技技术 6结语 目前自旋电子学研究范围之广 几乎涵盖了凝聚 态物理研究的所有方面 在人工磁性结构方面涌现出 相当多的重要和热点研究方向和课题 包括自旋转力 矩效应 直接采用极化电流驱动磁畴反转 可摈弃传统 磁性元器件中的磁场调控和驱动方式 纳米图形磁记 录 下一代信息记录方式的候选材料 基于自旋转力 矩效应的微波器件 实现C P U中多核间的无线通信 人工磁有机和磁超导复合结构 实现真正的全固态量 子关联器件 量子信息的新一代载体 这些重要的基础物理研究 不仅有可能发展出一 些更重要的新型磁电阻存储介质和功能材料 还可以 推动自旋电子学和相关学科研究的深入发展 同时为 探索新型器件设计原理和推动新材料和新器件的工业 应用化 提供可持续发展的源动力 因此 法国科学家 A F e r t和德国科学家P G r n b e r g的具有里程碑意义的 开拓性工作能赢得诺贝尔物理奖 是众望所归 意料之 中的结果 巨磁电阻效应从物理发现到大规模产业化 用了不 到1 0年时间 它是基础科学研究成果迅速转化为高科 技产业的一个成功范例 有力地支持了科学技术是第一 生产力的科学发展观 已给信息技术和现代社会带来显 著的影响 并促进了信息产业和经济的可持续发展 参考文献 R e f e r e n c e s 1 P R I N Z G A Ma g n e t o t r o n i c s J S c i e n c e 1 9 9 8 2 8 2 1 6 6 0 1 6 6 3 2 WO L FSA e t a l S p i n t r o n i c s As p i n b a s e de l e c t r o n i c s v i s i o nf o r t h ef u t u r e J S c i e n c e 2 0 0 1 2 9 4 1 4 8 8 1 4 9 5 3 D A U G H T O NJMJ Ma g n e t i ct u n n e l i n ga p p l i e dt ome mo r y J J o u r n a l o f A p p l i e dP h y s i c s 1 9 9 7 8 1 3 7 5 8 3 7 6 3 4 张永德 量子力学 M 北京 科学出版社 2 0 0 5 Z H A N G Y o n g d e Q u a n t u mme c h a n i c s M B e i j i n g S c i e n c eP r e s s 2 0 0 5 5 G R N B E R G P e t a l L a y e r e d ma g n e t i c s t r u c t u r e s E v i d e n c e f o ra n t i f e r r o ma g n e t i c c o u p l i n g o fF e l a y e r s a c r o s sC r i n t e r l a y e r s J P h y s i c a l R e v i e wL e t t e r s 1 9 8 6 5 7 2 4 4 2 2 4 4 5 6 B I N A S C H G G R N B E R G P S A U R E N B A C H F e ta l E n h a n c e dma g n e t o r e s i s t a n c ei nl a y e r e dma g n e t i cs t r u c t u r e sw i t ha n t i f e r r o ma g n e t i ci n t e r l a y e r e x c h a n g e J P h y s i c a l R e v i e wB 1 9 8 9 3 9 4 8 2 8 4 8 3 0 7 B A I B I C HM N F E R TA e t a l G i a n t Ma g n e t o r e s i s t a n c eo f 0 0 1 F e 0 0 1 C r Ma g n e t i c S u p e r l a t t i c e s J P h y s i c a l R e v i e wL e t t e r s 1 9 8 8 6 1 2 4 7 2 2 4 7 5 8 P A R K I NSSP e t a l O s c i l l a t i o n si ne x c h a n g ec o u p l i n g a n dma g n e t o r e s i s t a n c ei nme t a l l i cs u p e r l a t t i c es t r u c t u r e s C o R u C o C r a n d F e C r J P h y s i c a lR e v i e w L e t t e r s 1 9 9 0 6 4 2 3 0 4 2 3 0 7 9 D I E N YB S P E R I O S UVS P A R K I NS e t a l G i a n t ma g n e t o r e s i s t i v ei ns o f t f e r r o ma g n e t i cmu l t i l a y e r s J P h y s i c a l R e v i e wB 1 9 9 1 4 3 1 2 9 7 1 3 0 0 1 0 Z H A N GS L E V YPM C o n d u c t i v i t yp e r p e n d i c u l a r t ot h e p l a n eo f mu l t i l a y e r e ds t r u c t u r e s J J o u r n a l o f A p p l i e d P h y s i c s 1 9 9 1 6 9 4 7 8 6 4 7 8 8 1 1 P R A T TW P L E ES F J r S L A U G H T E RJM P e r p e n d i c u l a rg i a n tma g n e t o r e s i s t a n c e so fA g C omu l t i l a y e r s J P h y s i c a l R e v i e wL e t t e r s 1 9 9 1 6 6 3 0 6 0 3 0 6 3 1 2 B R U N OP e t a l O s c i l l a t o r yc o u p l i n gb e t w e e nf e r r o ma g n e t i cl a y e r ss e p a r a t e db yan o n ma g n e t i cme t a l s p a c e r J P h y s i c a l R e v i e wL e t t e r s 1 9 9 1 6 7 1 6 0 2 1 6 0 5 1 3 B R U N O P O s c i l l a t i o n so f i n t e r l a y e r e x c h a n g ec o u p l i n g v s f e r r o ma g n e t i c l a y e r st h i c k n e s s J E u r o p h y s i c s L e t t e r s 1 9 9 3 2 3 6 1 5 6 2 0 1 4 B R U N O P I n t e r l a y e r e x c h a n g e c o u p l i n g A u n i f i e d p h y s i c a l p i c t u r e J J o u r n a l o f Ma g n e t i s ma n dMa g n e t i c Ma t e r i a l s 1 9 9 3 1 2 1 2 4 8 2 5 6 1 5 B U T L E R W H Z H A N G X G e ta l F i r s t p r i n c i p l e s c a l c u l a t i o n so f e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t ya n dg i a n t ma g n e t o r e s i s t a n c eo f C o C u C os p i nv a l v e s J P h y s i c a l R e v i e w B 1 9 9 5 5 2 1 3 3 9 9 1 3 4 1 0 1 6 S C H U L L E RI K e t a l Ma g n e t i cs u p e r l a t t i c e sa n dmu l t i l a y e r s J J o u r n a l o f Ma g n e t i s m a n dMa g n e t i cMa t e r i a l s 1 9 9 9 2 0 0 5 7 1 5 8 2 1 7 MI Y A Z A K I T T E Z U K AN G i a n t ma g n e t i ct u n n e l i n ge f f e c t i nF e A l 2 O 3 F ej u n c t i o n J J o u r n a l o f Ma g n e t i s m a n d Ma g n e t i cMa t e r i a l s 1 9 9 5 1 3 9 L 2 3 1 L 2 3 4 1 8 MO O D E R AJS K I N D E RLR WO N GTM e t a l L a r g e ma g n e t o r e s i s t a n c ea t r o o mt e mp e r a t u r ei nf e r r o ma g n e t i c t h i nf i l m t u n n e l j u n c t i o n s J P h y s i c a l R e v i e w L e t t e r s 1 9 9 5 7 4 3 2 7 3 3 2 7 6 1 9 J U L L I E R EM T u n n e l i n gb e t w e e nf e r r o ma g n e t i cf i l ms J P h y s i c a l L e t t e r sA 1 9 7 5 5 4 2 2 5 2 2 6 2 0 S L O N C Z E WS K I J C C o n d u c t a n c e a n d e x c h a n g e c o u p l i n go f t w of e r r o ma g n e t ss e p a r a t e db yat u n n e l i n g 本刊专稿 S p e c i a l t oS TR e v i e w 2 3 S c i e n c e T e c h n o l o g yR e v i e w2 0 0 7V o l 2 5N o 2 4 S u mN o 2 4 6 b a r r i e r J P h y s i c a l R e v i e wB 1 9 8 9 3 9 6 9 9 5 7 0 0 2 2 1 L U Y e ta l L a r g e ma g n e t o t u n n e l i n g e f f e c ta t l o w ma g n e t i cf i e l d si nmi c r o me t e r s c a l ee p i t a x i a l L a 0 6 7S r0 3 3Mn O3t u n n e l j u n c t i o n s J P h y s i c a l R e v i e w B 1 9 9 6 5 4 R 8 3 5 7 R 8 3 6 0 2 2 P A R K E RJS e ta l S p i nP o l a r i z a t i o no fC r O 2a ta n d a c r o s sa nA r t i f i c i a l B a r r i e r J P h y s i c a l R e v i e wL e t t e r s 2 0 0 2 8 8 1 9 6 6 0 1 2 3 R I S T O I U D e ta l T h es u r f a c ec o mp o s i t i o na n ds p i n p o l a r i z a t i o no f N i Mn S be p i t a x i a l t h i nf i l ms J E u r o p h y s i c s L e t t e r s 2 0 0 0 4 9 6 2 4 6 3 0 2 4 O O G A N EM e t a l T e mp e r a t u r eD e p e n d e n c eo f T u n n e l Ma g n e t o r e s i s t a n c ei nC o Mn A l A l O x i d e C o F eJ u n c t i o n s J J a p a n e s eJ o u r n a l o f A p p l i e dP h y s i c s 2 0 0 5 4 4 L 7 6 0 L 7 6 2 2 5 B O WE N M e ta l N e a r l yt o t a l s p i np o l a r i z a t i o ni nL a2 3 S r 1 3Mn O3f r o mt u n n e l i n ge x p e r i me n t s J A p p l i e dP h y s i c s L e t t e r s 2 0 0 3 8 2 2 3 3 2 3 5 2 6 d eT E R E S AJM e t a l R o l eo f Me t a l O x i d eI n t e r f a c ei n D e t e r mi n i n g t h eS p i nP o l a r i z a t i o no fMa g n e t i cT u n n e l J u n c t i o n s J S c i e n c e 1 9 9 1 2 8 6 5 0 7 5 1 5 2 7 Z H A N GS L E V YPM Q u e n c h i n go f ma g n e t o r e s i s t a n c e b yh o t e l e c t r o n si nma g n e t i ct u n n e l j u n c t i o n s J P h y s i c a l R e v i e wL e t t e r s 1 9 9 7 7 9 3 7 4 4 3 7 4 7 2 8 H A N XF A N D R E W C C Y U M e ta l A n a l y s e so f i n t r i n s i cma g n e t o e l e c t r i cp r o p e r t i e si ns p i n v a l v e t y p e t u n n e l j u n c t i o n sw i t hh i g h ma g n e t o r e s i s t a n c ea n dl o w r e s i s t a n c e J P h y s i c a l R e v i e wB 2 0 0 1 6 3 2 2 4 4 0 4 2 9 V E D Y A Y E VA e t a l R e s o n a n t s p i n d e p e n d e n t t u n n e l i n g i ns p i n v a l v ej u n c t i o n si nt h ep r e s e n c eo f p a r a ma g n e t i c i mp u r i t i e s J P h y s i c a l R e v i e wB 2 0 0 1 6 3 0 6 4 4 2 9 3 0 B R A T K O V S K YAM T u n n e l i n go f e l e c t r o n si nc o n v e n t i o n a la n d h a l f me t a l l i cs y s t e ms T o w a r d sv e r yl a r g e ma g n e t o r e s i s t a n c e J P h y s i c a lR e v i e w B 1 9 9 7 5 6 2 3 4 4 2 3 4 7 3 1 B U T L E R W H Z H A N G X G e ta l S p i n d e p e n d e n t t u n n e l i n gc o n d u c t a n c eo f F e Mg O F es a n d w i c h e s J P h y s i c a l R e v i e wB 2 0 0 1 6 3 0 5 4 4 1 6 3 2 P A R K I N S S Y A N G S H e ta l G i a n t t u n n e l l i n g ma g n e t o r e s i s t a n c ea t r o o m t e mp e r a t u r ew i t hMg O 1 0 0 t u n n e l b a r r i e r s J N a t u r eMa t e r i a l s 2 0 0 4 3 8 6 2 8 6 7 3 3 Y U A S AS N A G A H A MAT F U K U S H I MAA e t a l G i a n t r o o m t e mp e r a t u r ema g n e t o r e s i s t a n c ei ns i n g l e c r y s t a l F e Mg O F e ma g n e t i c t u n n e l j u n c t i o n s J N a t u r e Ma t e r i a l s 2 0 0 4 3 8 6 8 8 7 1 3 4 D J A Y A P R A WI R ADD T S U N E K A WAK N A G A I M e t a l 2 3 0 r o o m t e mp e r a t u r ema g n e t o r e s i s t a n c ei nC o F e B Mg O C o F e B ma g n e t i c t u n n e lj u n c t i o n s J A p p l i e d P h y s i c sL e t t e r s 2 0 0 5 8 6 0 9 2 5 0 2 3 5 N O Z I R E SJP J A R E NS Z H A N G YB e t a l B l o c k i n g t e mp e r a t u r ed i s t r i b u t i o na n dl o n g t e r ms t a b i l i t yo f s p