相变磁性材料ge1-xfe_xte的磁性及电输运特性研究

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1、分类号学号D201177528学校代码10487密级博士学位论文相变磁性材料Ge1-xFexTe的磁性及电输运特性研究学位申请人：刘晋东学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：缪向水教授答辩日期：2016年2月21日ADissertationSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringMagnetismandElectronicTransportPropertiesofPhase-changeMagneticMaterial

2、Ge1-xFexTeCandidate:JindongLiuMajor:MicroelectronicsandSolidStateElectronicsSupervisor:Prof.MiaoXiangshuiHuazhongUniversityofScience&Technology,Wuhan430074,P.R.ChinaFeb,2016独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个

3、人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在___________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期

4、：年月日摘要硫系化合物相变材料已经由于其在相变存储器上的应用前景而受到了人们的广泛重视。硫系相变材料的晶态和非晶态的光学和电学性质有着很大的差异，同时，其晶态和非晶态之间可以完成快速而可逆的转换，这使得它可以被用于非易失性的相变存储器应用之中。最近相变磁性材料这一新概念被提出，它是通过将相变材料基质掺杂磁性元素，使得自旋注入到相变材料。这种新型相变磁性材料，除了光学和电学性质之外，磁学性质也能够通过相变进行调制，这使得相变材料多了一个可控的自由度。如果能够精确调控相变磁性材料的性质，那么它将会有许多有趣的应用，如多级存储器、集成逻辑器件、传感器及

5、多功能自旋电子学器件等。相变磁性材料不仅具有相变特性，同时还具有半导体和磁学性质。Ge1-xFexTe作为相变磁性材料的代表，在以前还没有过它进行过系统的研究。在本文中，我们将地对具有不同Fe含量的相变磁性材料Ge1-xFexTe多晶薄膜以及Ge1-xFexTe外延薄膜的制备、结构表征、电输运、磁化、电子结构等性质展开系统的研究。首先，不同Fe含量的Ge1-xFexTe多晶薄膜的电输运行为被研究，Fe含量变化诱导的金属-绝缘体相变(MIT)被观察到。然后，为了寻求金属-绝缘体相变的解释，我对Ge1-xFexTe多晶薄膜电子结构进行了研究，发现无序

6、引起的Anderson局域化是晶态Ge1-xFexTe薄膜中金属绝缘体相变的原因，随着Fe含量的升高，Fermi能级下移，当Fermi能级穿过迁移率边时，金属绝缘体相变发生。这项研究也展示出Ge1-xFexTe薄膜的金属绝缘体相变是可以通过Fe含量变化实现调制的。为了更准确的研究Ge1-xFexTe的磁性机理，我们利用脉冲激光沉积（PLD）在BaF2衬底之上制备出了不同Fe含量的高质量的Ge1-xFexTe外延薄膜，并对其磁化、电输运等性质进行研究。外延Ge1-xFexTe薄膜的晶格结构为面心立方，在Ge1-xFexTe薄膜中，对于Fe具有较高的

7、固溶度（高于8%），当Fe含量x<0.08时，其晶格常数会随Fe含量的增大而减小，且呈单调线性减小的关系。我利用超导量子磁强计（SQUID）对Ge1-xFexTe薄膜的磁化行为进行了研究，I发现其磁性交换机制依赖于Fe的含量。当Fe含量为较低的2%时，利用分子场理论拟合，得出Ge0.98Fe0.02Te薄膜Curie温度Tc为160K，且磁性交换机制为长程的Ruderman–Kittel–Kasuya–Yoshida（RKKY）交换机制。且在低温下，Ge0.98Fe0.02Te存在着明显的磁各向异性，易磁轴沿垂直于膜面方向。而当Fe含量为较高的8

8、%时，其磁性交换机制为自旋玻璃与长程的铁磁交换的共同作用，Curie温度Tc为170K，其磁性交换机制为自旋玻璃与长程的铁磁交换的共同作