[发明专利]构建磁性原子点接触的方法与器件磁电阻的调控方法

说明书

本发明提供一种构建磁性原子点接触的方法，采用具有电致电阻转变功能的结构器件，选用导电材料作为电极，选用通过电场作用能够在其中形成磁性纳米导电通道的半导体或绝缘体材料作为介质层，首先在底电极与顶电极之间施加电压，驱动离子氧化还原，形成磁性导电通道；然后，施加反向电压，通过改变电压大小，使导电通道的电导G达到NGsubgt;0/subgt;，N为正整数或半正整数，Gsubgt;0/subgt;为量子化电导，构建得到磁性原子点接触。通过调控电压值构建得到不同尺寸的磁性原子点接触，并且通过调控磁性原子点接触的尺寸调控所述器件的磁电阻大小。

技术领域

本发明涉及纳米技术及磁电子器件领域，特别是涉及一种构建磁性原子点接触的方法与器件磁电阻的调控方法。

背景技术

磁电阻效应在硬盘驱动磁头和磁随机存储器等方面的技术应用中起着极其重要的作用，因而是人们研究的热点之一。为了能够充分促进磁电子器件产业的发展，在简单的垂直器件结构中获得一种大的磁电阻非常重要。弹道磁电阻效应是具有磁性原子点接触结构的器件表现出的磁电阻行为，在纳米量级的点接触中产生高达百分之几百甚至几万的磁电阻效应，从理论上来说，它能够使计算机硬盘的存储容量可以再提高一千倍。因此自弹道磁电阻效应被发现就引起了人们对亚微米级的铁磁性纳米接触的研究热潮。

目前，已有人员采用机械断结法，离子束沉积，电子束刻蚀和电化学法等方法构建磁性原子点接触，但这些方法存在操作复杂繁琐，成本高昂，稳定性、可控性和重复性较差，与CMOS工艺不兼容等缺点，限制了磁性原子点接触的发展和弹道磁电阻的实际应用。因此，使用简单的方法构建稳定可调控的磁原子接触结构并获得大的弹道磁电阻效应非常有意义。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种磁性原子点接触的构建方法，在具有电致电阻效应的器件中，通过在器件两端施加电压，在器件中形成磁性的导电通道(或者称为导电丝)，再施加不同的反向电压，从而获得不同尺寸的磁性原子点接触。该方法具有操作简单、可精确控制纳米结构、重复性好，且可以原位调节等优点。

即，本发明所采用的技术方案为：一种构建磁性原子点接触的方法，如图1所示，采用具有“底电极/介质层/顶电极”的三明治结构器件，其中底电极和顶电极选用导电材料，介质层选用通过电场作用，在其中能够形成磁性纳米导电通道的半导体或绝缘体材料；首先，在底电极与顶电极之间施加电压，驱动离子迁移与氧化还原，形成具有磁性的导电通道；然后，施加反向电压，器件电流减小，电阻增大，通过控制电压的大小获得不同尺寸的磁性纳米导电通道，当导电区域的接触部分达到原子尺度，该结构的尺寸范围小于电子的平均自由程，尺度接近费米波长，即得到磁性原子点接触，这种磁性原子点接触的电导是量子化的，其量子化电导单位为G₀＝2e²/h(其中e代表一个电子的电量，h代表普朗克常数，)因此，当导电通道的电导G达到NG₀，N为正整数或者半正整数(即，正整数的0.5倍)时，实现导电通道与电极之间的磁性原子点接触，电子在器件内部以弹道输运的方式传输。当N值不同时，即对应得到不同尺寸的磁性原子点接触。即，通过调节不同电压值可以构建不同尺寸的磁性原子点接触。

另外，本发明人发现，当对该具有不同尺度的磁性原子点接触器件施加磁场，其电阻发生变化，在其他条件相同的情况下，定义磁电阻＝(施加磁场时的电阻-未施加磁场时的电阻)/未施加磁场时的电阻×100％，则不同尺度的磁性原子点接触获得对应的磁电阻，此时所述器件为磁电阻器件；并且，其电导值越小，磁电阻越大，即，通过调控磁性原子点接触的尺寸能够调控该器件的磁电阻大小。

作为优选，0.5≤N≤20。

所述磁场方向不限，作为优选，磁场方向平行或垂直器件表面。

所述底电极材料为惰性金属或金属氧化物，包括但不限于Pt、Au、Ti、W、Cr、Ta、ITO中的一种或两种。

所述顶电极材料为惰性金属或金属氧化物，包括但不限于Pt、Au、Ti、W、Cr、Ta、ITO中的一种或两种。