对于RuO2是否存在磁有序的争议,交换偏置测试可以是一个有效而简单的反铁磁序验证手段。通过构建RuO...
Creato il: 2 marzo 2026
Risposto usando GPT-5.2 Thinking da Chat01
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对于RuO2是否存在磁有序的争议,交换偏置测试可以是一个有效而简单的反铁磁序验证手段。通过构建RuO2/Co双层异质结构,通过界面交换耦合诱导并放大反铁磁层的有序信息,从而对RuO2的反铁磁属性进行检验,并验证并量化分析RuO2与Co存在的交换耦合。
具体而言,本研究采用磁控溅射制备高质量RuO2薄膜,并在其表面原位沉积铁磁Co层形成RuO2/Co结构。通过结构表征确定界面粗糙度与RuO2和Co的结晶状态,排除Co形成单晶造成的额外影响。在磁性测量方面,样品经磁场热处理并场冷后获得典型的磁滞回线偏移:回线沿磁场轴出现可重复的水平位移,并伴随矫顽力增强。这种“回线偏移+矫顽力增大”的组合特征符合铁磁/反铁磁界面的交换偏置行为,表面RuO2层具有的反铁磁序能够在界面提供稳定的单向各向异性并对Co的翻转过程施加钉扎作用,从而一方面即用这个简单的手段直观证明我们利用磁控溅射生长的RuO2具备反铁磁序,又直接观察到了层间所具备的交换耦合。
我们选择在不同取向的RuO2 (101)上生长Co作为体系中的铁磁层。在先使用磁控溅射台在不同的衬底上外延RuO2(3.5 nm)后,待基片冷却至室温,原位在RuO2薄膜表面外延生长铁磁层Co(3 nm),最后再在表面覆盖Ta(2 nm)作为保护层防止Co层受到空气中的氧化。
由于MPM3所配备的温控系统只能给到最高400 K的环境温度,无法达到RuO2的TN,从而破坏其磁有序。所以我们使用磁场热处理炉对样品进行磁场热退火处理,我们将样品放入炉中的金属托盘上并用胶带固定防止样品的位置与角度发生变化,待腔内真空度将至4×〖10〗^(-5) Torr后将托盘温度提高至525 K后保温一小时,之后再缓慢降至室温300 K。在此过程中,托盘两侧的永磁体持续提供6000 Oe大小的恒定外磁场,确保铁磁Co层的磁矩一直沿外磁场H的方向排列。之后我们将待测样品从退火炉中取出并按退火时的外磁场方向放置到MPM3的测试石英杆进行交换偏置测试。
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针对 RuO₂ 是否具有磁有序这一长期存在争议的问题,交换偏置(exchange bias, EB)测试可作为一种有效且相对简便的反铁磁有序验证手段。本研究通过构建 RuO₂/Co 双层异质结构,利用界面交换耦合在铁磁层的磁滞回线中“转写”并放大反铁磁层的有序信息,从而对 RuO₂ 的反铁磁属性进行检验,并对 RuO₂ 与 Co 之间的交换耦合进行验证与定量分析。
具体而言,本研究采用磁控溅射制备高质量 RuO₂ 薄膜,并在其表面进行 原位沉积铁磁 Co 层,形成 RuO₂/Co 双层结构。通过结构表征确定薄膜的结晶状态与界面粗糙度,排除由于 Co 形成高质量单晶或异常织构所引入的额外磁各向异性影响,从而确保后续观测到的回线特征主要来源于铁磁/反铁磁界面的交换作用。在磁性测量方面,样品经磁场热处理并场冷后获得典型的交换偏置响应:磁滞回线沿外磁场轴出现 可重复的水平位移,同时伴随 矫顽力增强。这种“回线偏移 + 矫顽力增大”的组合特征与铁磁/反铁磁界面交换偏置行为一致,表明 RuO₂ 层在界面处能够提供稳定的单向各向异性,并对 Co 的磁矩翻转过程产生钉扎作用。由此,一方面可直观证明本工作通过磁控溅射生长的 RuO₂ 薄膜具有反铁磁有序;另一方面也直接观测并证实了 RuO₂/Co 界面存在交换耦合。
在样品制备上,本研究选取在 不同衬底上外延生长的 RuO₂ (101) 取向薄膜作为反铁磁层,并在其上外延生长 Co 作为铁磁层。具体流程为:首先在不同衬底上外延生长 RuO₂ 薄膜(3.5 nm);待基片冷却至室温后,原位在 RuO₂ 表面外延沉积 Co 薄膜(3 nm);最后在表面沉积 Ta 保护层(2 nm),以抑制 Co 层在空气中的氧化。
由于 MPM3 配备的温控系统最高只能提供 400 K 的测试环境温度,无法升温至 RuO₂ 的 Néel 温度 以上以充分破坏其磁有序并完成规范的场冷程序,因此本研究采用外置磁场热处理炉对样品进行磁场退火处理。实验中将样品置于炉内金属托盘上,并用胶带固定以避免样品位置和角度在热处理中发生变化;待腔体真空度降至 后,将托盘温度升至 525 K 并保温 1 h,随后缓慢降温至 300 K。在整个退火与冷却过程中,托盘两侧永磁体持续提供约 6000 Oe 的恒定外磁场,以保证铁磁 Co 层磁矩始终沿外磁场 方向取向。退火完成后,将样品取出,并严格按照退火时外磁场方向将其安装至 MPM3 的测试石英杆上,开展交换偏置测量。
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在样品降温至待测温度过程中,会给与退火炉磁场大小相同的6000 Oe做场冷处理,如图 5 4可见,当我们沿铁磁层Co的难轴[010]加磁场退火处理时,在2 K的温度出现了200 Oe左右的偏置场并且当我们翻转FC方向时,交换偏置场出现反号的行为,具体表现为PFC时磁滞曲线向左偏移,NFC时向右偏移。这一现象符合交换偏置的典型规律,也证明我们所测到的磁滞回线的水平位移现象来自于RuO2/Co界面的交换耦合所导致的交换偏置。沿Co层难轴的的FC交换偏置场随着温度上述迅速下降,并且PFC在50 K、NFC在200 K左右HEB发生符号反转,但HEB的幅值保持随温度上升的单调减少。HEB这一反常现象在局域磁矩反铁磁中一般不会发生,如NiO,CoO,FeF2,MnF2,Cr2O3与铁磁层所组成的异质结,其HEB符号不会随温度的升高发生改变。然而对于IC-SDW反铁磁材料来说,HEB符号发生改变的现象确实比较常见的。Feng Xiaoyu[29]曾在RuO2/Py异质结的交换偏置测试中观察到过这个现象,并且在进行自旋力矩铁磁共振时发现RuO2的Ne ́el方向随频率发生变化,反映出其内部存在周期性自旋结构与Py层的自旋波互相作用,经过计算得到RuO2的自旋密度波的周期远大于晶格常数(a=4.5 Å),是典型的非公度自旋密度波。对于这种IC-SDW反铁磁材料组成的异质结的交换偏置测试之前已经有过不少报道;F. Y. Yang等人就发现Cr (100)/Py的HEB的符号和幅值会随着温度变化和Cr厚度的改变而出现振荡行为;J. S. Parker等人也在Fe/ Cr(001)中发现了相似现象,并且准确给出了IC-SDW波方向随温度的变化规律,并且波长会随温度升高发生热膨胀,从10 K下的60 Å到311 K的78 Å,当波节随温度变化穿越界面时,界面磁矩方向发生交替,从而导致HEB的符号发生翻转。
此外,沿不同晶向的交换偏置测试也有较大的区别。当沿着RuO2 [-101]晶向进行磁场热处理后测试,其HEB与RuO2 [010]晶向所测得HEB在幅值上存在着较大差别,并且其磁滞回线形状可以明显看出具有明显倾斜易轴磁矩特征。这个现象正好可以与在这个晶面的RuO2的倾斜Ne ́el Vector所对应,这也从另一方面印证了RuO2的Ne ́el Vector与铁磁层Co的磁矩存在较强的相互作用,导致铁磁层Co产生一个与 Ne ́el Vector的方向相关的一个倾斜易轴,如图 5 5所示结果,我们也通过反常霍尔效应(Anomalous Hall Effect, AHE)测到了相同的结果。
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由于之前已经有报道由RuO2/Py组成的异质结的界面会产生自旋流从而导致负的SMR,这部分信号与RuO2产生自旋流的体效应无关,所以RuO2中的Ne ́el Vector无法参与其中。所以我们选择Al2O3 (11 ̅02)//RuO2 (101)/Co作为主要研究对象,这种外延方式制备的RuO2单晶具有单畴结构,因此能清晰反映电场方向与Ne ́el Vector对磁阻信号的影响;并且(101)取向的RuO2中的Ne ́el Vector具有面外倾斜的易轴方向,因此如果磁阻信号与Ne ́el Vector方向有关,我们应该能看到一个具有相位偏移的磁阻曲线,而不是常规无相位偏移的“M”或“W”线型,这也能更好地与传统磁阻来源进行区分。
我们首先选择RuO2 (3.5 nm)/Co (3 nm)这一厚度的异质结进行研究,较薄的Co层厚度可以避免铁磁自身AMR对信号的影响。实验采用Hall Bar作为磁电阻测量的器件。因为要沿RuO2的不同晶向通入电流,所以我们在薄膜上制备了9个间隔10°的Hall Bar器件测量,如图 5 6 (b)。其中0°的Hall Bar器件的长条端与RuO2 [010]晶轴平行,霍尔端与RuO2 [1 ̅01]晶轴平行。
在测量长条端磁电阻时,我们将锁相放大器的电流源与电压测量端接在器件的同一个电极上,让电流在器件的两端进行流动,同时又在同端测量电压,即两端法测量磁电阻,如图 5 6 (c)。由于我们使用的是套刻电极的器件,测量不会受到来自接触电阻过大的影响,从而导致测试精度下降。
如图 5 7这种经典的以电流方向为参考旋转磁场的测量方式,是许多磁电阻(如AMR与SMR)的传统测量方法。在一般情况下,在xz面出现只会出现多晶铁磁层自身的AMR信号(通常表现为“M”形状),而在yz面也只会出现SMR的信号(通常表现为“W”形状),而在xy面则会同时有AMR与SMR的信号。但在这种以电流为参考的测量下,RuO2(101)/Co异质结体系的转角磁电阻结果存在明显问题。尤其是xy面(φ)的结果,呈现出明显的“M”偏移,且偏移的角度正好为电流方向与RuO2[010]晶轴的夹角。这一结果能直观的表现出,我们所测得的磁阻出现极值的位置,与电流方向无关,而是会在M旋转到特定晶向时达到极值(在面内旋转时表现为M∥[1 ̅01]时,电阻出现极大值;M∥[010]时,电阻出现极大值),而电流方向只会影响信号的整体强度,这显然与传统依赖金属SOC所产生的磁阻在平行与垂直与电流方向时达到极值的特性不同。
为此,我们尝试沿[010]与[1 ̅01]这两个面内极值的晶向所在平面旋转磁场,进行转角磁电阻测试,如图 5 8所示,按照RuO2晶轴方向旋转磁场所测到的磁电阻表现出了相同的规律性。信号可以通过形状与强度规律简单的分为两部分:第一部分信号是具有π周期,信号曲线形状只取决于M与特定晶向的夹角,而电流方向只会影响整体信号强度(E∥[010]到E∥[1 ̅01]号逐渐增大),在三个磁场旋转平面中信号强度遵循〖MR〗_β>〖MR〗_α>〖MR〗_γ的规律。这部分信号整体强度大,在测到的磁阻信号中占主导。这部分信号特征与我们理论预测的交错磁体/FM自旋阀信号特征基本吻合,我们沿这三个面旋转磁场所测到的磁阻其实是蓝色平面与红色箭头在三个面的投影;当E∥[010]时,由于此时ASSE的等效霍尔角最大,自旋极化率为0,不存在自旋阀效应,而当E∥[1 ̅01]时,此时具有(101)取向RuO2中面内最大的自旋极化率,我们能观察到明显的自旋阀信号。
另一部分是一个具有四重对称的磁电阻信号,由之前的磁场沿电流方向旋转的测试结果可以得知,这部分信号的磁阻曲线形状与磁矩M和电场方向的夹角相关,这部分特性较为符合传统的AMR信号规律, E∥[010]中因为不存在自旋阀效应,因此在xz面与xy面能直观的看到其形状。但当我们沿着晶轴旋转磁场时,这部分磁电阻应该存在于E∥[010]的β面与E∥[1 ̅01]的γ面(即两个电流的yz面)以外的所有磁电阻信号之中,只是因为其整体强度较低,所以被信号量较大的自旋阀信号所覆盖,这部分信号与自旋阀效应无关,具体来源我们会在后续进行讨论。
对于这种出现在β面的磁阻曲线的扭曲,通过施加更大的外磁场可以明显的降低,如图 5 9 (a)。这种可以被大磁场削弱的扭曲,可能与铁磁层在β面存在难易轴有关,先前所测得的低温M-H曲线与AHE都能看到Co层在β面存在一个明显的倾斜易轴,而这个扭曲正是由此易轴和与之垂直的难轴共同造成。沿RuO2的[101](z轴)扫场结果如图 5 9 (b)。所示,直到6 T外磁场才能达到饱和。在AFM/FM异质结中,由于垂直界面耦合FM层磁矩与AFM层易轴自然趋近于正交[1, 2],而RuO2的Ne ́el Vector通过层间交换作用导致Co层的磁矩拥有了一个垂直于Ne ́el Vector的易轴与平行于Ne ́el Vector的难轴。
各向异性自旋劈裂导致的SSMR:Zhiqi Liu[1]与Xuepeng Qiu等人曾报道过在RuO2/Co体系中观察到了自旋劈裂自旋霍尔磁电阻(SSMR)。在SSMR中,自旋流通过RuO2的ASSE产生,这个来源的自旋流j_s不同于常规依赖于重金属的SOC产生的自旋流j_s只包含面内横线的极化方向σ_y,通过ASSE产生的自旋流j_s的自旋极化方向σ_N平行于RuO2的Ne ́el Vector。通常RuO2的Ne ́el Vector平行于[001]晶轴,在(101)取向的RuO2中,其Ne ́el Vector在[010]晶面与Z轴夹34°。这种SSMR信号的形状则依赖于铁磁层M与Ne ́el Vector的夹角,可以在β面测到偏移的信号。RuO2的ASSE强度会受到电流方向影响,在E∥[010]时最强而在E∥[1 ̅01]时消失。因此Liu等人认为当E∥[010]时在yz面测得信号来源于RuO2本身的SOC所产生的自旋流j_s,在E∥[1 ̅01]时在yz面测得信号是ASSE与SOC的共同作用。由ASSE产生的自旋流的极化方向只与RuO2的Ne ́el Vector有关,而与电流方向无关,这一特性导致SSMR在理论上可以解释我们所测得的VDMR的形状。但基于RuO2的ASSE的SSMR的信号强度与电流方向关系MR[010]>MR[-101]与我们所测VDMR现象相反,排除了VDMR为SSMR的可能。虽然排除了VDMR是来自ASSE的可能性,但我们在E∥[010]时测到的信号仍可能来自于由ASSE所产生的SSMR。
RuO2反铁磁AFM:2025年Xiong He[1]等人发现,在大的外磁场下(9 T)观察到了RuO2反铁磁的AMR。一般情况下,单纯依靠外磁场难以改变反铁磁的Ne ́el Vector,因此人们一般不会考虑单层反铁磁的AMR。但Xiong He等人用9 T的外磁场绕RuO2(110)晶轴旋转,发现外磁场在[1 ̅01]晶面旋转时,磁电阻极值未出现在晶体主轴方向而是偏移了26°。他们将这种现象归因于Ne ́el Vector偏离了[001]晶轴,并且在9 T的外磁场下Ne ́el Vector发生了极小角度的扰动(约为0.5°)从而导致出现了反铁磁AMR信号。
为此,我们制备了Al2O3(11 ̅02)/RuO2(101) (3.5 nm)/Ta (2 nm)的单层RuO2(101)样品,并使用PPMS测试了E∥[1 ̅01]器件在6 T和13 T外磁场绕β面旋转的转角磁电阻。在测试结果中,我们未观察到明显的角度依赖的磁电阻信号,这也排除了我们测到的磁阻是来自RuO2自身的可能。
反铁磁钉扎Co磁矩的AMR:在AFM/FM体系中,由于界面交换耦合,常常会产生交换偏置效应。这种界面效应不仅改变磁化行为,也可能对电输运特性(特别是AMR)产生影响[1]。这种异常的AMR会在低温下观察到两种异常现象:相位偏移:AMR曲线不再与磁场方向同步,铁磁层的磁化方向被EB固定,产生“滞后”。厚度依赖:较薄铁磁层有更强的EB导致显著的相位偏移;而较厚的铁磁层由于EB减弱,相位偏移逐渐消失。对于这种由反铁磁钉扎造成铁磁层异常的AMR,通过加大磁场使铁磁层磁化旋转同步,或者通过升高温度减弱界面交换作用均可以消除偏移。
为此我们使用PPMS测试了不同大小外场下(6 T、9 T、13 T)的转角磁阻。如果之前测到的β旋转信号的偏移是Co层磁矩受到来自RuO2 Ne ́el Vector的钉扎而产生的异常铁磁层AMR,那么在不同外场下应该会出现不同的偏移(表现为大外场下偏移量减少)。而我们测试RuO2/Co异质结的E∥[1 ̅01]器件的β面磁电阻,随着外场的逐渐增大,偏移量未出现明显的改变,并且我们在300 K仍能测到偏移信号,这也与EB导致的异常AMR效应相悖。
E∥[010]与E ∥ [1 ̅01]的两个器件拥有最极端的两种信号构成。我们使用PPMS对这两个极端的电流方向进行磁阻的变温测量。在E∥[1 ̅01]中,可以看到明显是自旋阀信号占信号的主导,三个面的磁阻曲线形状与相对强度均满足自旋阀效应的特征,但由于自旋阀信号在这个电流方向中的信号量过强,我们无法直接在其β面测试中直观地看到高阶信号。β面的磁阻曲线的偏移相位也随着温度的降低而增加,并且磁阻曲线的扭曲强度也伴随着温度的降低而增强。但在E∥[010]的三个面的转角磁阻测试中,我们能看到更多的信号组成:β面的磁阻曲线形状大致与E ∥ [1 ̅01]相同,但相位偏移与曲线的扭曲强度并不随着温度而改变,信号在300 K的时候已经完全消失。γ面信号强度大于β面这一现象与自旋阀的特征不符,可以排除在E∥[010]所测到的信号是因为制备器件的时候没有完全对齐[010]晶轴导致部分自旋阀信号的残留。从磁阻的变温测试中,我们通过信号的温度依赖性可以基本确定在E∥[010]不存在自旋阀效应的贡献,而是其他磁阻效应在贡献这些额外的小强度磁阻信号。
从变温测试我们可以得出,自旋阀信号随温度降低其信号量与相位偏移量均增加;而E∥[010]中的信号虽然与自旋阀信号在形状上有相似之处,但其不同的温度依赖关系表明其磁阻信号来源不是自旋阀效应,我们后续通过改变其他条件对其信号来源做进一步研究。
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在我们所测得的磁阻信号中,还存在一个信号,与传统的AMR类似,其阻值依赖于磁矩M与电场方向E的夹角,这一特征使其只出现在xz面与xy面的测试中,而由于yz面磁矩M始终与电场方向垂直,则不具有这部分信号。
这一部分存在明显的高阶项,在xz面的结果中尤为明显,我们尝试拟合磁阻信号中的高阶项,发现只有到8阶项才能较好地拟合曲线的高阶信号,
我们对RuO2 (101) (3.5 nm)/Co (3 nm)样品E ∥ [010]的xz面与xy面变温测试结果进行拟合,得到信号的高阶项组成与其对应的温度依赖关系。可以从图 5 21的拟合结果看出,虽然xz面与xy面均存在高阶项信号,但在xy面并没有出现明显的6阶与8阶项。在xy面中,二重对称性信号随温度升高强度也随之升高,但高阶项(主要为4阶)则表现出了相反的温度依赖。而在xz面中,二重对称性信号来源与xy面中的相同,所以也表现出一致的温度依赖关系,但其高阶项(4阶、6阶与8阶)在150 K左右符号发生翻转。
除了RuO2 (101)/Co能观察到高阶项信号外,在不同外延模式的RuO2/Co异质结的xz面都看到了这种高阶项信号的存在,如下图 5 22。由于生长在Al2O3 (0001)与STO (100)的RuO2是多畴结构,薄膜表面无法对应一个单独的RuO2晶轴方向,所以测得的磁阻信号来源于平均效应,沿不同方向通电流不会导致测到不同结果。我们扣除出现在yz面的共同信号,提取出只出现在xz面的与电流方向相关的磁阻信号,并将其用公式(5.3.1)对磁阻曲线进行拟合。在Al2O3 (0001) // RuO2 (100)体系中,2阶信号随温度升高展现出单调的变化,且在200 K附近符号发生翻转,高阶项均在150 K附近出现拐点。而在STO (100) // RuO2 (100)体系中,2阶信号则随温度变化表现出了非单调行为,4阶信号随温度单调减小,6阶与8阶则基本不随温度有较大变化。虽然在Al2O3 (0001)、Al2O3 (11 ̅02)与STO (100)的RuO2体系中都观察到了高阶信号的存在,但其相对强度与温度依赖关系都存在明显差异,我们认为是外延晶体对称性导致的Ne ́el矢量分布不同与界面粗糙度等因素共同导致这种差异。
在我们所测得的磁阻信号中,还存在一个信号,与传统的AMR类似,其阻值依赖于磁矩M与电场方向E的夹角,这一特征使其只出现在xz面与xy面的测试中,而由于yz面磁矩M始终与电场方向垂直,则不具有这部分信号。
这一部分存在明显的高阶项,在xz面的结果中尤为明显,我们尝试拟合磁阻信号中的高阶项,发现只有到8阶项才能较好地拟合曲线的高阶信号,
我们对RuO2 (101) (3.5 nm)/Co (3 nm)样品E ∥ [010]的xz面与xy面变温测试结果进行拟合,得到信号的高阶项组成与其对应的温度依赖关系。可以从图 5 21的拟合结果看出,虽然xz面与xy面均存在高阶项信号,但在xy面并没有出现明显的6阶与8阶项。在xy面中,二重对称性信号随温度升高强度也随之升高,但高阶项(主要为4阶)则表现出了相反的温度依赖。而在xz面中,二重对称性信号来源与xy面中的相同,所以也表现出一致的温度依赖关系,但其高阶项(4阶、6阶与8阶)在150 K左右符号发生翻转。
除了RuO2 (101)/Co能观察到高阶项信号外,在不同外延模式的RuO2/Co异质结的xz面都看到了这种高阶项信号的存在,如下图 5 22。由于生长在Al2O3 (0001)与STO (100)的RuO2是多畴结构,薄膜表面无法对应一个单独的RuO2晶轴方向,所以测得的磁阻信号来源于平均效应,沿不同方向通电流不会导致测到不同结果。我们扣除出现在yz面的共同信号,提取出只出现在xz面的与电流方向相关的磁阻信号,并将其用公式(5.3.1)对磁阻曲线进行拟合。在Al2O3 (0001) // RuO2 (100)体系中,2阶信号随温度升高展现出单调的变化,且在200 K附近符号发生翻转,高阶项均在150 K附近出现拐点。而在STO (100) // RuO2 (100)体系中,2阶信号则随温度变化表现出了非单调行为,4阶信号随温度单调减小,6阶与8阶则基本不随温度有较大变化。虽然在Al2O3 (0001)、Al2O3 (11 ̅02)与STO (100)的RuO2体系中都观察到了高阶信号的存在,但其相对强度与温度依赖关系都存在明显差异,我们认为是外延晶体对称性导致的Ne ́el矢量分布不同与界面粗糙度等因素共同导致这种差异。
在我们所测得的磁阻信号中,还存在一个信号,与传统的AMR类似,其阻值依赖于磁矩M与电场方向E的夹角,这一特征使其只出现在xz面与xy面的测试中,而由于yz面磁矩M始终与电场方向垂直,则不具有这部分信号。
这一部分存在明显的高阶项,在xz面的结果中尤为明显,我们尝试拟合磁阻信号中的高阶项,发现只有到8阶项才能较好地拟合曲线的高阶信号,
我们对RuO2 (101) (3.5 nm)/Co (3 nm)样品E ∥ [010]的xz面与xy面变温测试结果进行拟合,得到信号的高阶项组成与其对应的温度依赖关系。可以从图 5 21的拟合结果看出,虽然xz面与xy面均存在高阶项信号,但在xy面并没有出现明显的6阶与8阶项。在xy面中,二重对称性信号随温度升高强度也随之升高,但高阶项(主要为4阶)则表现出了相反的温度依赖。而在xz面中,二重对称性信号来源与xy面中的相同,所以也表现出一致的温度依赖关系,但其高阶项(4阶、6阶与8阶)在150 K左右符号发生翻转。
除了RuO2 (101)/Co能观察到高阶项信号外,在不同外延模式的RuO2/Co异质结的xz面都看到了这种高阶项信号的存在,如下图 5 22。由于生长在Al2O3 (0001)与STO (100)的RuO2是多畴结构,薄膜表面无法对应一个单独的RuO2晶轴方向,所以测得的磁阻信号来源于平均效应,沿不同方向通电流不会导致测到不同结果。我们扣除出现在yz面的共同信号,提取出只出现在xz面的与电流方向相关的磁阻信号,并将其用公式(5.3.1)对磁阻曲线进行拟合。在Al2O3 (0001) // RuO2 (100)体系中,2阶信号随温度升高展现出单调的变化,且在200 K附近符号发生翻转,高阶项均在150 K附近出现拐点。而在STO (100) // RuO2 (100)体系中,2阶信号则随温度变化表现出了非单调行为,4阶信号随温度单调减小,6阶与8阶则基本不随温度有较大变化。虽然在Al2O3 (0001)、Al2O3 (11 ̅02)与STO (100)的RuO2体系中都观察到了高阶信号的存在,但其相对强度与温度依赖关系都存在明显差异,我们认为是外延晶体对称性导致的Ne ́el矢量分布不同与界面粗糙度等因素共同导致这种差异。