Đang tải... (xem toàn văn)
MỞ ĐẦU Với sự phát triển của công nghệ nano trong thời gian qua, các nghiên cứu về tính chất, hiện tượng lượng tử của các quá trình vận chuyển điện tích trong các linh kiện điện tử có cấu trúc hay kích thước nano đã đạt được những kết quả hết sức nổi bật. Vào đầu thế kỷ 21, trên thế giới đã bắt đầu nghiên cứu thiết lập các cơ sở nền tảng cho công nghệ điện tử nano (nanoelectronics) thay cho công nghệ vi điện tử. Công nghệ chế tạo nano (nano fabrication), một công nghệ mới có trình độ cao hơn thay cho công nghệ vi chế tạo. Các linh kiện điện tử lúc này sẽ sử dụng chủ yếu là các hiện tượng vận chuyển kiểu đơn điện tích (Single Electron Transport - SET) thay cho kiểu vận chuyển tập thể và sẽ là những linh kiện điện tử chủ đạo [3]. Trên cơ sở hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (Giant Magneto Resistance - GMR) khám phá vào những năm cuối thập niên 1980 đầu thập niên 90 của thế kỷ trước (1986-1988) đã mở đầu cho một thời kỳ mới của nền công nghệ mới mà ở đó khai thác và sử dụng thuộc tính spin của điện tử, một thuộc tính lượng tử hầu như chưa được chú ý ứng dụng nhiều trong thực tế. Từ sự phát triển hết sức mạnh mẽ của nền công nghệ mới ra đời này trong suốt thập kỷ cuối TK 20 và thập kỷ đầu TK 21, giải thưởng Nobel Vật lý năm 2007 đã được trao cho hai nhà vật lý đã khám phá ra hiệu ứng GMR, là P. Grunberg của Đức và A. Fert của Pháp. Tiếp theo sự khám phá ra hiệu ứng GMR, vào khoảng 1995 hiệu ứng từ điện trở xuyên ngầm (Tunneling Magneto Resistance - TMR) trong các cấu trúc ba lớp được gọi là tiếp xúc xuyên ngầm từ (Magnetic Tunnel Junction - MTJ), tiếp tục được nghiên cứu. Từ đó, cùng với hiệu ứng GMR, một nền công nghệ vật liệu cấu trúc nano và các loại linh kiện khác nhau khai thác thuộc tính spin điện tử - điện tử học spin, hay spintronics, đã trở thành một công nghệ then chốt cho một nền công nghiệp chế tạo các linh kiện và thiết bị điện tử thế hệ mới mà nguyên lý hoạt động dựa trên bậc tự do của spin điện tử: các linh kiện nano spin-electronics (hay ngắn gọn là các linh kiện nanospinics) [43, 85, 135]. Với công nghệ điện tử nano, là công nghệ không chỉ đơn thuần là giảm kích thước từ thang micro xuống đến thang nano, mà còn là vấn đề gắn với bản chất vật lý bị thay đổi một cách căn bản khi giảm kích thước của vật liệu và các linh kiện xuống đến thang nano mét. Những hiện tượng vật lý được quan tâm đối với các loại vật liệu này được tập trung vào các hiệu ứng/hiện tượng lượng tử. Điều đó đã dẫn đến nhu cầu về những vật liệu mới hay những cấu trúc (vật liệu) mới, và các giải pháp công nghệ mới. Từ đó đặt ra tính cấp thiết và tầm quan trọng của việc tìm hiểu, nghiên cứu những tri thức chung về mặt vật lý cơ sở và những tri thức cụ thể đối với các vấn đề có liên quan trong lĩnh vực này. Những xu hướng nghiên cứu đó sẽ gợi mở và hứa hẹn những khả năng ứng dụng hoàn toàn mới và đầy bất ngờ. Đặc biệt hiện nay đang xuất hiện những nhu cầu rất lớn về ứng dụng công nghệ nanoelectronics trong lĩnh vực y-sinh học và chăm sóc sức khoẻ. Bởi vì các linh kiện, thiết bị điện tử thế hệ nanoelectronics sẽ có những đặc trưng không chỉ là rất nhỏ gọn, có thể được thu nhỏ kích thước đến mức tối đa, tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, có tốc độ thao tác hay chuyển đổi trạng thái cực nhanh, mà còn hứa hẹn có những tính năng vượt trội khác rất nhiều so với các linh kiện điện tử truyền thống hiện nay. Vì vậy trong thời gian gần đây trên thế giới đã bắt đầu tập trung nghiên cứu phát triển công nghệ các linh kiện đơn điện tử (Single Electric Device - SED), các linh kiện xuyên ngầm lượng tử (Quantum Mechanical Tunnel Devices - QMTD), các cấu trúc bit lượng tử sử dụng spin dùng cho máy tính lượng tử, và nhiều loại linh kiện spintronics hay nanospinics khác. Ở các linh kiện này, ngoài việc sử dụng điện tích của điện tử kết hợp với sử dụng các tính chất có được từ cấu trúc hay kích thước nano, người ta còn sử dụng đến thuộc tính spin của điện tử [18, 28, 68, 84, 115]. Trong công nghệ nanospintronics đề cập đến ở trên, ngoài những vấn đề về vật lý cơ bản mới xuất hiện còn là vấn đề về công nghệ mới nảy sinh từ việc kết hợp hay tổ hợp với bán dẫn, oxit và kim loại. Về mặt cấu trúc, những kiểu cấu trúc vật liệu đang được chú ý nhiều nhất là các cấu trúc tiếp xúc kiểu xuyên ngầm từ (Magnetic Tunnel Junction - MTJ) dạng hạt, dạng lớp, dạng lai lớp-hạt và dạng rào thế kép. Trong thời gian gần đây các nhà khoa học đã đặt ra vấn đề về những tính chất/tính năng mới đối với các kiểu cấu trúc MTJ khác nhau này, và chúng đã cho thấy có nhiều khả năng mở ra những ứng dụng mới hết sức lý thú trong thực tế từ những hiện tượng xuyên ngầm phụ thuộc spin [122, 134]. Một cấu trúc MTJ dạng hạt (Grain Magnetic Tunnel Junction - GMTJ) bao gồm các hạt kim loại sắt từ kích thước nano mét phân tán trong nền của một chất điện môi phi từ. Một cấu trúc MTJ dạng lớp truyền thống (Layer Magnetic Tunnel Junction - LMTJ) gồm hai lớp kim loại sắt từ, có chiều dày từ vài đến có thể vài trăm nano mét, được ngăn cách bằng một lớp điện môi phi từ có chiều dày chỉ từ một vài đến vài chục nano mét. Việc kết hợp hai cấu trúc GMTJ và LMTJ để trở thành một cấu trúc MTJ kiểu mới – cấu trúc MTJ dạng lai (Hybrid-type Magnetic Tunnel Junctions - HMTJ) – sẽ mong đợi dẫn đến những tính năng/tính chất và khả năng ứng dụng hoàn toàn mới [43, 60]. Một số vấn đề vật lý tiêu biểu, như là đã phát hiện ra các hiện tượng chắn Coulomb từ (magnetic Coulomb blockage), chắn spin, truyền xoắn spin, và nắn spin, v.v… đã được ghi nhận từ một số kiểu của cấu trúc lai này. Những ứng dụng điển hình nhất bao gồm cảm biến từ có độ nhạy rất cao, các bộ nhớ từ với kích thước vừa nhỏ gọn vừa có mật độ dung lượng nhớ cực lớn (Magnetoresistive Random Access Memory - MRAM). Gần đây các linh kiện xuyên ngầm điện tử dựa trên cấu trúc MTJ có 2 lớp rào thế gọi là các cấu trúc MTJ rào thế kép (Double Barrier Magnetic Tunnel Junction - DBMTJ) có thể tạo ra các linh kiện hoạt động dựa trên hiện tượng truyền spin xoắn (Spin Torque Transfer - STT) và các thiết bị điện tử làm việc trong các vùng tần số cao và siêu cao với mức tiêu thụ năng lượng rất thấp. Đặc biệt là các linh kiện đơn spin điện tử (Single Spin Electron Transport - SSET) đang được nghiên cứu để triển khai ứng dụng trong thực tế.
MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU 10 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC MTJ VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 15 1.1 Những nghiên cứu liên quan nước nước 1.1.1 Những nghiên cứu liên quan nước 1.1.2 Những nghiên cứu liên quan nước 1.2 Một số dạng cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ (MTJ) điển hình 1.2.1 Cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng hạt (GMTJ) 1.2.2 Cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng lớp (LMTJ) 1.2.3 Cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng lai lớp-hạt (HMTJ) 1.2.4 Cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng rào kép (DBMTJ) 1.3 Một số mô hình xuyên ngầm 1.3.1 Hiện tượng xuyên ngầm lượng tử cấu trúc MTJ(mô hình Zhang) 1.3.2 Cơ chế xuyên ngầm phụ thuộc spin cấu trúc MTJ (mô hình Julliere) 1.3.3 Xuyên ngầm bậc cao chế độ chắn Coulomb (xuyên ngầm kiểu nhảy cóc) 1.3.4 Hiệu ứng tích điện hạt nano (Hiệu ứng chắn Coulomb) 1.3.5 Xuyên ngầm đơn điện tử phụ thuộc spin (SD-SET) 1.3.6 Tích tụ spin hạt nano 1.3.7 Các mô hình khác 1.4 Kết luận 15 15 17 20 20 22 23 25 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 39 2.1 Các thực nghiệm chế tạo mẫu 2.1.1 Lắng đọng màng mỏng kỹ thuật phún xạ 2.1.2 Hệ phún xạ cao tần Alcatel SCM-400 2.1.3 Chuẩn bị bia, đế xử lý mẫu 2.1.4 Chế tạo mặt nạ dạng cấu trúc mẫu 2.2 Thực nghiệm phân tích cấu trúc 2.2.1 Phân tích thành phần (EDS) 2.2.2 Quan sát hình thái bề mặt cấu trúc lớp (SEM, AFM) 39 39 40 41 43 45 45 49 26 26 28 30 31 33 35 36 38 2.3 Thực nghiệm khảo sát tính chất vật lý 2.3.1 Khảo sát tính chất từ (VSM) 2.3.2 Khảo sát tính chất điện (CIS, I-V) 2.4 Kết luận 51 51 52 57 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CẤU TRÚC MTJ DẠNG HẠT (GMTJ) (Co-Al2O3, FeCo-Al2O3) 58 3.1 Cấu trúc MTJ dạng hạt (GMTJ) 3.2 Vật liệu phương pháp thực nghiệm 3.3 Tính chất từ cấu trúc MTJ dạng hạt 3.4 Tính chất điện cấu trúc MTJ dạng hạt (FeCo)-Al2O3 3.5 Kết luận cấu trúc MTJ dạng hạt (GMTJ) 58 59 60 63 69 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CẤU TRÚC MTJ DẠNG LAI HẠT (HMTJ) (Co/Co-Al2O3/Co) 71 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Cấu trúc MTJ dạng lai hạt (HMTJ) Vật liệu phương pháp thực nghiệm Tính chất từ cấu trúc MTJ dạng lai hạt Tính chất điện cấu trúc MTJ dạng lai hạt Kết luận cấu trúc MTJ dạng lai hạt (HMTJ) 71 72 74 77 82 CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA CẤU TRÚC MTJ DẠNG RÀO THẾ KÉP (DBMTJ) (Co/Al2O3/Co/Al2O3/Co) 83 5.1 5.2 5.3 5.4 Cấu trúc MTJ dạng rào kép (DBMTJ) Vật liệu phương pháp thực nghiệm Tính chất từ cấu trúc MTJ dạng rào kép Tính chất điện cấu trúc MTJ dạng rào kép 5.4.1 Đặc trưng I-V 5.4.2 Đặc trưng phổ trở kháng phức 5.5 Kết luận cấu trúc MTJ dạng rào kép (DBMTJ) 83 85 85 87 87 92 103 KẾT LUẬN CHUNG 105 106 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT AFM Atomic Force Microscope BEEM CB Coulomb Blockade CPE Constrant Phase Element CIS Complex Impedance Spectroscopy CVD Chemical Vapor Deposition DCE Distribute Circuit Element DBMTJ DMS Dilute Magnetic Semiconductor 10 DOS Desity Of State 11 EDS Energy-dispersive X-ray spectroscopy 12 EEC Equivalent Electric Circuit 13 FM/AFM 14 FIB 15 GMR Giant Magneto Resistance 16 GMTJ Grain-type Magnetic Tunnel Junctions 17 GIG Grain In Gap 18 HMF Half Metal Ferromagnetic 19 HMTJ Hybrid-type Magnetic Tunnel Junctions 20 LTMJ Layer-type Magnetic Tunnel Junctions 21 MCB Magnetic Coulomb Blokade 22 MR 23 MRAM 24 MSC Ballastic Electron Emission Microscopy Double Barrier Magnetic Tunnel Junctions FerroMagnetic/Anti FerroMagnetic Focused Ion Beam Magneto Resistance Magnetoresistive Random Access Memory Magnetic Semiconductor 25 MTJ Magnetic Tunnel Junction 26 NM None Magnetic 27 QMTD 28 RF Radio Frequency 29 SB Spin Blockade 30 SDT 31 SD-SET 32 SED Single Electron Device 33 SEM Scanner Electron Microscope 34 SET Single Electron Tranzitor 35 SMTJ Single Barrier Magnetic Tunnel Junctions 36 SSET Single Spin Electron Transport 37 STT Spin Torque Transfer 38 SQUID 39 TEM Transmission Electron Microscopy 40 TMR Tunneling Magneto Resistance 41 VSM Vibrating Sample Magnetometer Quantum Mechanical Tunneling Device Spin-Dependent Tunneling Spin Dependent-Single Electron Tunneling Superconducting Quantum Interference Device DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Minh họa màng mỏng cấu trúc xuyên ngầm từ dạng hạt (GMTJ) 19 Hình 1.2 Ảnh TEM màng có tỷ lệ thành phần nguyên tử sắt từ thay đổi 20 Hình 1.3 Minh họa màng mỏng cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng lớp (LMTJ) 22 Hình 1.4 Minh họa màng mỏng cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ dạng lai lớp hạt (HMTJ) 23 Hình 1.5 a) Đường cong I-V b) TMR phụ thuộc vào điện áp 4,2K 24 Hình 1.6 Dạng bất thường TMR đo từ trường lên tới 130 kOe 24 Hình 1.7 Minh họa màng mỏng cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ rào kép (DBMTJ) 25 Hình 1.8 Mô hình lượng cho xuyên ngầm điện tử qua lớp rào 27 Hình 1.9 Mô tả chế xuyên ngầm phụ thuộc spin 29 Hình 1.10 Sơ đồ minh họa cấu trúc dạng hạt trình xuyên ngầm bậc cao 30 Hình 1.11 Mô hình mạch kín bao gồm chuyển tiếp kép xuyên ngầm đơn điện tử 31 Hình 1.12 Đặc trưng I-V chuyển tiếp kép SET, 32 Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý xuyên ngầm đợn Spin điện tử (SSET) 33 Hình 1.14 Sơ đồ chuyển tiếp kép dịch hóa tích tụ spin hạt nano FM 35 Hình 1.15 Mô tả lớp rào nằm xen hai lớp điện cực kim loại điện cực 37 Hình 2.1 Hệ phún xạ RF Alcatel SCM-400 40 Hình 2.2 Bia ghép Al2O3-Co để tạo lớp rào dạng hạt 41 Hình 2.3 Mặt nạ sử dụng để tạo dải điện cực Co thứ 43 Hình 2.4 Mặt nạ sử dụng để tạo lớp Co-Al2O3 43 Hình 2.5 Mặt nạ sử dụng để tạo dải điện cực Co thứ 44 Hình 2.6 Ghép mặt nạ dùng để phún xạ tạo mẫu Co/Co-Al2O3/Co 44 Hình 2.7 Hệ đo phổ tán sắc lượng (EDS): JEOL JSM-7600F 45 Hình 2.8 Mối quan hệ hàm FIT tỷ lệ Co theo diện tích tỷ lệ nguyên tử Co 46 Hình 2.9 Mối quan hệ Tỷ phần Co tốc độ lắng đọng 48 Hình 2.10 Ảnh FE – SEM mẫu cấu trúc MTJ 59 Hình 2.11 a) Hiển vi lực nguyên tử Flex AFM (nano surf) b) Hình thái bề mặt mẫu GMTJ Co-Al2O3 quan sát AFM 50 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý máy đo VSM 51 Hình 2.13 Vecto Fresnel mặt phẳng phức 54 Hình 2.14 a) Mạch điện, b) đường trở kháng, c) biểu đồ Bode 54 Hình 2.15 Hệ đo phổ trở kháng phức cấu trúc MTJ 55 Hình 2.16 Đế gắn mẫu đo phổ trở kháng phức 56 Hình 2.17 Mẫu gá lên đế 56 Hình 2.18 Chiều dòng điện đo qua mẫu 56 Hình 2.19 Máy Autolab PGS TAT 12 57 Hình 3.1 a) Ảnh SEM bề mặt mẫu 35% Co-Al2O3 chưa ủ 58 o b) Ảnh AFM bề mặt mẫu 35% Co-Al2O3 ủ 250 C/1 h Hình 3.2 Sơ đồ hoạ thông số kích thước mẫu MTJ dạng hạt 59 Hình 3.3 Đường từ trễ mẫu Co 8%-Al2O3 60 Hình 3.4 Đường từ trễ mẫu Co 10 %-Al2O3 60 Hình 3.5 Đường từ trễ mẫu Co 25 %-Al2O 61 Hình 3.6 Đường từ trễ mẫu Co 35 %-Al2O3 61 Hình 3.7 Tổng hợp đường từ trễ Co-Al2O3 thay đổi tỷ phần Co 62 Hình 3.8 Đường cong từ hóa mẫu (CoFe)x-(Al-O)1-x/Si(100) chưa xử lý nhiệt xử lý nhiệt (với x = 0,1 0,3) 62 Hình 3.9 Đường cong đặc trưng I-V mẫu (CoFe)x-(Al-O)1-x /Si(100) chưa xử lý nhiệt xử lý nhiệt Ta = 350 oC 1h (với x = 0,1 ) 63 Hình 3.10 Đường cong đặc trưng I-V mẫu (CoFe)x-(Al-O)1-x /Si(100) chưa xử lý nhiệt xử lý nhiệt Ta = 350 oC 1h (với x= 0,3) 64 Hình 3.11 Đường cong đặc trưng I-V mẫu (CoFe)0.1-(Al-O)0.9 phún xạ lắng đọng đế thuỷ tinh ủ nhiệt độ Ta = 350 oC 1h 66 Hình 3.12 a) Minh hoạ chuỗi hạt CoFe xếp điện cực Ag (b) Các tiếp xúc xuyên ngầm từ nano rào kép – nano DBMTJ (trong hộp) 68 Hình 4.1 Cấu trúc HMTJ 71 Hình 4.2 Ảnh SEM cấu trúc lớp (HMTJ) 72 Hình 4.3 Sơ đồ thực tế mạch đo phổ CIS 73 Hình 4.4 Hành vi từ thay đổi tỷ lệ Co tăng dần 74 Hình 4.5- 4.8 Vai trò lớp xen với liên kết tĩnh từ hai lớp 76 Hình 4.9 Phổ đặc trưng CIS mẫu đặt từ trường có cường độ khác 78 Hình 4.10 Phổ đặc trưng CIS mẫu đặt từ trường có cường độ khác 78 Hình 4.11 Phổ đặc trưng CIS mẫu đặt từ trường có cường độ khác 80 Hình 4.12 Phổ đặc trưng CIS mẫu đặt từ trường có cường độ khác 80 Hình 5.1 Minh họa ảnh SEM cấu trúc MTJ rào kép 83 Hình 5.2 Minh họa tượng STT 84 Hình 5.3 Các đường từ trễ đo với phương song song vuông góc mặt phẳng mẫu 86 Hình 5.4 Các đường đặc trưng I-V đo vùng thiên áp quét khoảng ± V 88 Hình 5.5 Các đường đặc trưng I-V mẫu S13 cho thấy đặc trưng cưa 88 Hình 5.6 Các biểu hành vi cưa qua cấu trúc có chiều dày 90 khác Hình 5.7 Cấu trúc MTJ lớp rào coi hộp đơn điện tử 91 Hình 5.8 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ lên trở kháng ac (CIS) mẫu DBMTJ 93 Hình 5.9 Đường Nyquist vẽ từ số liệu CIS mẫu tách từ hình 5.8 93 Hình 5.10 Cấu trúc lớp DBMTJ Co/Al2O3/Co/Al2O3/Co đưa hệ tụ điện kép cấu trúc dạng hạt (b) Mạch điện tương đương 95 Hình 5.11 Các mạch điện cho EECs phân tích CIS 98 Hình 5.12 Các thành phần thực (Z') ảo (-Z'') chức tần số đưa vùng hồi phục khác có liên hệ với khoảng tần số 102 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 Quan hệ tỷ phần diện tích Co tỷ phần nguyên tử Co màng 46 Bảng 2.2 Quan hệ tỷ phần diện tích Co tỷ phần nguyên tử Co lớp 47 dạng hạt mẫu HMTJ Bảng 2.3 Quan hệ tỷ phần Co màng với tốc độ lắng đọng 47 Bảng 2.4 Chiều dày lớp xen dạng hạt mẫu HMTJ tính theo hàm Fit 48 Bảng 5.1 Các tính chất từ cấu trúc MTJ hai lớp rào đo theo hai phương: mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng mẫu 86 Bảng 5.2 Các thông số EEC phù hợp với liệu CIS phần mềm ZSIMPWIN trường hợp chưa ủ ủ nhiệt độ Ta = 1000 3000 C 100 Bảng 5.3 Các thông số mạch điện giả Randles Ta = 3000 3500 C 101 10 MỞ ĐẦU Với phát triển công nghệ nano thời gian qua, nghiên cứu tính chất, tượng lượng tử trình vận chuyển điện tích linh kiện điện tử có cấu trúc hay kích thước nano đạt kết bật Vào đầu kỷ 21, giới bắt đầu nghiên cứu thiết lập sở tảng cho công nghệ điện tử nano (nanoelectronics) thay cho công nghệ vi điện tử Công nghệ chế tạo nano (nano fabrication), công nghệ có trình độ cao thay cho công nghệ vi chế tạo Các linh kiện điện tử lúc sử dụng chủ yếu tượng vận chuyển kiểu đơn điện tích (Single Electron Transport - SET) thay cho kiểu vận chuyển tập thể linh kiện điện tử chủ đạo [3] Trên sở hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (Giant Magneto Resistance - GMR) khám phá vào năm cuối thập niên 1980 đầu thập niên 90 kỷ trước (1986-1988) mở đầu cho thời kỳ công nghệ mà khai thác sử dụng thuộc tính spin điện tử, thuộc tính lượng tử chưa ý ứng dụng nhiều thực tế Từ phát triển mạnh mẽ công nghệ đời suốt thập kỷ cuối TK 20 thập kỷ đầu TK 21, giải thưởng Nobel Vật lý năm 2007 trao cho hai nhà vật lý khám phá hiệu ứng GMR, P Grunberg Đức A Fert Pháp Tiếp theo khám phá hiệu ứng GMR, vào khoảng 1995 hiệu ứng từ điện trở xuyên ngầm (Tunneling Magneto Resistance - TMR) cấu trúc ba lớp gọi tiếp xúc xuyên ngầm từ (Magnetic Tunnel Junction - MTJ), tiếp tục nghiên cứu Từ đó, với hiệu ứng GMR, công nghệ vật liệu cấu trúc nano loại linh kiện khác khai thác thuộc tính spin điện tử - điện tử học spin, hay spintronics, trở thành công nghệ then chốt cho công nghiệp chế tạo linh kiện thiết bị điện tử hệ mà nguyên lý hoạt động dựa bậc tự spin điện tử: linh kiện nano spin-electronics (hay ngắn gọn linh kiện nanospinics) [43, 85, 135] Với công nghệ điện tử nano, công nghệ không đơn giảm kích thước từ thang micro xuống đến thang nano, mà vấn đề gắn với chất vật lý bị thay đổi cách giảm kích thước vật liệu linh kiện xuống đến thang nano mét Những tượng vật lý quan tâm loại vật liệu tập trung vào hiệu ứng/hiện tượng lượng tử Điều dẫn đến nhu cầu vật liệu hay cấu trúc (vật liệu) mới, giải pháp công nghệ Từ đặt tính cấp thiết tầm quan trọng việc tìm hiểu, nghiên cứu tri thức chung mặt vật lý sở tri thức cụ thể vấn đề có liên quan lĩnh vực Những xu hướng nghiên cứu gợi mở hứa hẹn khả ứng dụng hoàn toàn đầy bất ngờ Đặc biệt xuất nhu cầu lớn ứng dụng công nghệ nanoelectronics lĩnh vực y-sinh học chăm sóc sức khoẻ Bởi linh kiện, thiết bị điện tử hệ nanoelectronics có đặc trưng không 11 nhỏ gọn, thu nhỏ kích thước đến mức tối đa, tiêu thụ lượng mức thấp, có tốc độ thao tác hay chuyển đổi trạng thái cực nhanh, mà hứa hẹn có tính vượt trội khác nhiều so với linh kiện điện tử truyền thống Vì thời gian gần giới bắt đầu tập trung nghiên cứu phát triển công nghệ linh kiện đơn điện tử (Single Electric Device - SED), linh kiện xuyên ngầm lượng tử (Quantum Mechanical Tunnel Devices QMTD), cấu trúc bit lượng tử sử dụng spin dùng cho máy tính lượng tử, nhiều loại linh kiện spintronics hay nanospinics khác Ở linh kiện này, việc sử dụng điện tích điện tử kết hợp với sử dụng tính chất có từ cấu trúc hay kích thước nano, người ta sử dụng đến thuộc tính spin điện tử [18, 28, 68, 84, 115] Trong công nghệ nanospintronics đề cập đến trên, vấn đề vật lý xuất vấn đề công nghệ nảy sinh từ việc kết hợp hay tổ hợp với bán dẫn, oxit kim loại Về mặt cấu trúc, kiểu cấu trúc vật liệu ý nhiều cấu trúc tiếp xúc kiểu xuyên ngầm từ (Magnetic Tunnel Junction - MTJ) dạng hạt, dạng lớp, dạng lai lớp-hạt dạng rào kép Trong thời gian gần nhà khoa học đặt vấn đề tính chất/tính kiểu cấu trúc MTJ khác này, chúng cho thấy có nhiều khả mở ứng dụng lý thú thực tế từ tượng xuyên ngầm phụ thuộc spin [122, 134] Một cấu trúc MTJ dạng hạt (Grain Magnetic Tunnel Junction - GMTJ) bao gồm hạt kim loại sắt từ kích thước nano mét phân tán chất điện môi phi từ Một cấu trúc MTJ dạng lớp truyền thống (Layer Magnetic Tunnel Junction - LMTJ) gồm hai lớp kim loại sắt từ, có chiều dày từ vài đến vài trăm nano mét, ngăn cách lớp điện môi phi từ có chiều dày từ vài đến vài chục nano mét Việc kết hợp hai cấu trúc GMTJ LMTJ để trở thành cấu trúc MTJ kiểu – cấu trúc MTJ dạng lai (Hybrid-type Magnetic Tunnel Junctions - HMTJ) – mong đợi dẫn đến tính năng/tính chất khả ứng dụng hoàn toàn [43, 60] Một số vấn đề vật lý tiêu biểu, phát tượng chắn Coulomb từ (magnetic Coulomb blockage), chắn spin, truyền xoắn spin, nắn spin, v.v… ghi nhận từ số kiểu cấu trúc lai Những ứng dụng điển hình bao gồm cảm biến từ có độ nhạy cao, nhớ từ với kích thước vừa nhỏ gọn vừa có mật độ dung lượng nhớ cực lớn (Magnetoresistive Random Access Memory - MRAM) Gần linh kiện xuyên ngầm điện tử dựa cấu trúc MTJ có lớp rào gọi cấu trúc MTJ rào kép (Double Barrier Magnetic Tunnel Junction - DBMTJ) tạo linh kiện hoạt động dựa tượng truyền spin xoắn (Spin Torque Transfer - STT) thiết bị điện tử làm việc vùng tần số cao siêu cao với mức tiêu thụ lượng thấp Đặc biệt linh kiện đơn spin điện tử (Single Spin Electron Transport SSET) nghiên cứu để triển khai ứng dụng thực tế 12 KẾT LUẬN CHUNG Một số khía cạnh tượng xuyên ngầm spin tính chất liên quan số cấu trúc MTJ khác như: MTJ đơn lớp dạng hạt (GMT), MTJ lai lớp hạt (HMJ) MTJ rào kép (DBMTJs) nghiên cứu phương pháp thực nghiệm đạt kết cụ thể sau: Đã chế tạo thành công cấu trúc GMTJ, HMTJ, DBMTJ nghiên cứu số đặc trưng, tính chất cấu trúc, tính chất từ, tính chất điện từ-điện cấu trúc từ nano tiếp xúc dị thể Đã phát hiện, ghi nhận số tượng vật lý spin bật sau kiểu cấu trúc MTJ khác sau: - Hiện tượng xuyên ngầm spin với hiệu ứng chắn Coulomb biểu nắn dòng spin kiểu đi-ốt cấu trúc GMTJ sử dụng vật liệu CoFe-Al2O3 - Hiện tượng đáp ứng xuyên ngầm phụ thuộc spin dòng xoay chiều phụ thuộc vào tỷ lệ hạt nano sắt từ chiều dày lớp rào dạng hạt từ trường cấu trúc HMTJ sử dụng vật liệu Co/Co-Al2O3/Co - Hiện tượng xuyên ngầm phụ thuộc spin kiểu hộp đơn điện tử, chắn Coulomb, chắn spin, truyền xoắn spin, kiểu vận chuyển đa điện tử vận chuyển khối cấu trúc DBMTJ sử dụng vật liệu Co/Al2O3/Co/Al2O3/Co Kết đạt gợi ý số khả ứng dụng như: đi-ốt xuyên ngầm từ, tụ điện điều biến từ trường, cảm biến từ nhớ đơn spin Trên sở kế thừa tiếp tục nghiên cứu vấn đề chưa đề cập đến nghiên cứu trước đây, đề tài luận án “Hiện tượng xuyên ngầm SPIN tính chất liên quan kiểu cấu trúc MTJ” mặt lý thuyết, tiếp cận đến hiểu biết, tri thức liên quan đến trình xuyên ngầm cấu trúc MTJ: trình xuyên ngầm phụ thuộc spin, xuyên ngầm phụ thuộc spin dòng xoay chiều, truyền xoắn spin (STT), chắn coulomb (CB), chắn spin, chỉnh lưu spin, kiểu vận chuyển đa điện tử ; Về mặt thực nghiệm, chế tạo MTJ có cấu trúc khác kỹ thuật phún xạ cao tần Sử dụng kỹ thuật đo, phân tích cấu trúc khảo sát tính chất từ điện cấu trúc này, kết thực nghiệm đạt chưa công bố nghiên cứu trước minh chứng cho số tính chất liên quan MTJ yếu tố phụ thuộc tác động vào Các cấu trúc MTJ tính chất liên quan đem lại số kết định hướng ứng dụng lĩnh vực Spintronic điện tử học nano Nghiên cứu sinh đề xuất hướng nghiên cứu tượng plasmonic có liên quan đến số cấu trúc MTJ nghiên cứu, đồng thời tính toán định lượng mật độ dòng xuyên ngầm thông số kỹ thuật khác để thực hóa tiềm triển khai ứng dụng thực tế loại MTJ 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] [2] Lê Văn Hồng, Nguyễn Chí Thuần, Vũ Đình Lãm Nguyễn Xuân Phúc (2007) Triển khai nghiên cứu chế tạo van spin viện KHVL Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam; Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ V, Vũng Tàu–12-14/11/2007, tr 65 Lê Thanh Hùng, Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Phúc Dương, (2007) Hiệu ứng từ điện trở màng mỏng NiMnSb cấu trúc đơn lớp đa lớp; Tuyển tập báo cáo Hội nghị Vật lý chất rắn Toàn quốc lần thứ - Vũng Tàu 12-14/11/2007, tr 265-269 [3] Nguyễn Anh Tuấn, (2006) Spintronics – hệ linh kiện điện tử trương lai; Tuyển tập báo cáo khoa học hội nghị “Khoa họcCông nghệ nano ứng dụng quân sự”, Hà nội, 10/2006, tr 91-102 [4] Nguyễn Anh Tuấn, Triệu Tiến Dũng, Nguyễn Thăng Long, (2007) Nghiên cứu tính chất xuyên ngầm màng mỏng từ có cấu trúc kiểu MTJ dạng hạt Co-Al-O; Tuyển tập báo cáo Hội nghị Vật lý chất rắn Toàn quốc lần thứ - Vũng Tàu 12-14/11/2007, tr 144-148 [5] Nguyễn Chí Thuần, Nguyễn Văn Đại, Đào Nguyên Hoài Nam, Nguyễn Xuân Phúc, Lê Văn Hồng, (2007) Ảnh hưởng dòng bơm hướng từ trường đo lên từ trở hiệu dịch van spin Ni0.85Co0.15O /Co85Fe15/Cu/Co85Fe15; Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ V, Vũng Tàu–12-14/11/2007, tr 181 [6] Phạm Thanh Phong, Nguyễn Văn Khiêm, Vũ Văn Hưng, Huỳnh Đăng Chính, Nguyễn Xuân Phúc, Lê Văn Hồng, Nguyễn Văn Đại, Đỗ Hùng Mạnh,(2007) Hiệu ứng xuyên ngầm điện tử phân cực spin vật liệu sắt từ La0,7Ca0,3MnO3”, Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ V, Vũng Tàu–12-14/11/2007, 197 [7] Trần Quang Hưng, Phạm Hồng Quang, Ngô Đình Sáng, (2007) Ảnh hưởng của góc quay điện cực sen sơ cấu trúc van spin lên hiệu ứng Hall phẳng; Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ V, Vũng Tàu–12-14/11/2007, 304 TIẾNG ANH [8] A Iovan, K Lam, S Andersson, S.S Cherepov, D.B Haviland, and V Korenivski (2007) Tunneling Spectroscopy of Magnetic Double Barrier Junctions; IEEE Trans Magn , 43, 2818 [9] B.D Cullity (1972) Introduction to magnetic materials, Addison-Wesley Pub Co., 383-418 106 [10] Bruno Yeum, ZSimpWin Version 3.00 (2002) (in documment set of ZSIMPWIN program) [11] B Xu and S M Thompson, (2007) Spintronic Materials and Technology; Taylor & Francis Group [12] Cottet, et al., (2006) Nanospintronics with carbon nanotubes; Semicond Sci Technol 21 S78 [13] C Derek Sinclair (1995) Characterization of Electro-materials using ac Impedance Spectroscopy; Bol Soc Esp Cerámica y Vidro 34, 55 [14] C Moyses Araujo, A Ferreira da Silva, C Persson, R Ahuja, and E A de Andrada e Silva (2004) Spin-Dependent Conductance in Nonmagnetic InGaAs Asymmetric Double Barrier Devices; Brazilian Journal of Physics, vol 34(2B) , 632-634 [15] C Schönenberger, H van Houten, J.M Kerkhof and H.C Donkersloot, (1993) Single-electron tunneling in double-barrier junctions by scanning tunneling microscopy; Appl Surf Science, 67 222 [16] C.L Platt, M.R McCartney, F.T Parker, A.E Berkowitz (2000) Magnetic interlayer coupling in ferromagnet/insulator/ferromagnet structures; Phys Rev B 61 9633 [17] Cabrera A.C., Chang C.H., Hsu C.C., Weng M.C., Chen C.C., Chao C.T., Wu J.C., Chang Y.H., and Wu T.H (2007) Perpendicular Magnetic Tunneling Junction With Double Barrier Layers for MRAM Application, IEEE Trans Magn 43(2) 914-916; or: Iovan A., Andersson S., Naidyuk Yu G., Vedyaev A., Dieny B., and Korenivski V (2008) Spin diode Based on Fe/MgO Double Tunnel Junction, Nano Lett 8, 805-809; or: Useinov A N., Kosel J., Useinov N.Kh and Tagirov L.R (2011) Resonant tunnel magnetoresistance in double-barrier planar magnetic tunnel junctions; Phys Rev B 84, 085424(8) [18] D.D Awschalom, R A Buhrman, J M Daughton, S Von Molnár and M L Roukes (Eds) (2004) Spin electronics; Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/Boston/London [19] D.J Paul, (2000) Nanoelectronics; IST programme, MELARI NANO, European Commission [20] D.K Ferry and S M Goodnik, (1997) Transport in nanostructures, Cambridge University Press, First published 1997, 226-249 [21] D Weimann, et al (1995) Spin Blockades in Linear and Nonlinear Transport through Quantum Dots; Phys Rev Lett., 74, 984 [22] D.K Ferry and S.M Goodnick (1997) Transport in Nanostructures, Cambridge University Press 1997, First published 1997, Reprinted 2001 in the USA Single-electron tunnelling transistor in SiGe/Si double-barrier 107 structures; Chomsik Lee, Semicond Sci Technol 13 (1998) A115-A118 Supriyo Datta, Electronic Transport in Mesoscopic Systems, Cambridge University Press 1995, First published 1995, Fifth printing 2003 in the United Kingdom at the University Press, Cambridge [23] E Barsoukov and J Ross Macdonald, Ed (2005) Impedance Spectroscopy Theory, Experiment, and Applications, Second Edition, a John Wiley & Sons, Inc., Publication, Hoboken, New Jersey, 2005 [24] E M Vogel (2007) Technology and metrology of new electronic materials and devices; Nature Nanotechnology, 2, 25 [25] E.S Soldatov, S.P Gubin, I.A Maximov, G.B Khomutov, V.V Kolesov, A.N Sergeev-Cherenkov, V.V Shorokhov, K.S Sulaimankulov, D.B Suyatin (2003) Molecular cluster based nanoelectronics; Microelectronic Eng 69 536-548 [26] EChem software "ZSimpWin 3.10" by author Bruno Yeum, Coppyright â 1999-2002, released: November 1, 2002 [27] E.V Tsymbal, O.N Mryasov, P.R LeClair, (2003) Spin-dependent tunneling in magnetic tunnel junctions; J Phys.: Condens Matter 15, R109-R142 [28] F Bonell, et al (2012) Spin-Polarized Electron Tunneling in bcc FeCo /MgO /FeCo(001) Magnetic Tunnel Junctions; Phys Rev Lett 108, 176602 [29] F Fettar, S.-F Lee, F Petroff, A Vaures, P Holody, L.F Schelp, and A Fert (2002) Temperature and voltage dependence of the resistance and magnetoresistance in discontinuous double tunnel junctions; Phys Rev B 65 174415 [30] F.T Birk and D Davidović (2010) Magnetoresistance in an aluminum nanoparticle with a single ferromagnetic contact; Phys Rev B, 81 241402(R) [31] G D Fuchs et al (2004) Spin-transfer effects in nanoscale magnetic tunnel junctions; Appl Phys Lett 85, 1205 [32] G D Fuchs et al (2006) Spin Torque, Tunnel-Current Spin Polarization, and Magnetoresistance in MgO Magnetic Tunnel Junctions; Phys Rev Lett 96, 186603 [33] G D Fuchs, et al (2005) Adjustable spin torque in magnetic tunnel junctions with two fixed layers; Appl Phys Lett 86, 152509 [34] H Fujimori, S Mitani, S Ohnuma (1995) Tunnel-type GMR in metalnonmetal granular alloy thin films; Mater Sci Eng B 31, 219-223 [35] H Grabert and M.H Devoret (Eds.) (1992), Single Charge Tunneling, Plenum Press, New York, 108 [36] H Imamura, S Maekawa (2007) Theory of Spin‐dependent Tunneling; Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials; Wiley Online Library [37] H Tsuge and T Mitsuzuka (1997) Magnetic tunnel junctions with in-situ naturally-oxidized tunnelbarrier; Appl Phys Lett 71, 3296 [38] I.N Krivorotov, et al (2007) Large-amplitude coherent spin waves excited by spin-polarized current in nanoscale spin valves; Phys Rev B, 76, 024418 [39] Inomata K., SaitoY., Nakajima K., and Sagoi M (2000) Double tunnel junctions for magnetic random access memory devices, J Appl Phys 87, 6064(3) [40] J.A Katine, et al (2000) Current-Driven Magnetization Reversal and SpinWave Excitations in Co /Cu /Co Pillars; Phys Rev Lett., 84, 3149 [41] J.C Slonczewski (1989) Conductance and exchange coupling of two ferromagnets separated by a tunneling barrier; Phys Rev B, 39, 6995 [42] J.C Slonczewski (1996) Current-driven excitation of magnetic multilayers; J Magn Magn Mater., 159, L1 [43] J.G Zhu and C Park, (2006) Magnetic tunnel junctions; Materials Today, Vol.9, No11 36-45 [44] J.I Gittleman, Y Goldstein and S Bozowski (1972)Magnetic Properties of Granular Nickel Films; Phys Rev B 5, 3609 [45] J.L Geerligs, et al (1990) Observation of macroscopic quantum tunneling through the coulomb energy barrier; Phys Rev Lett., 65, 3037 [46] J Martinek and J Barnaś (2006) Concepts in spin electronics, ed by S Maekawa, Oxford University Press, First published 2006, 145-194 [47] J.A Katine, Eric E Fullerton (2008) Device implications of spin-transfer torques; J Magn Magn Mater, 320, 1217 [48] J.C.S Fernandes, R Picciochi, M Da Cunha Belo, T Moura e Silva, M.G.S Ferreira, I.T.E Fonseca (2004) Capacitance and photoelectrochemical studies for the assessment of anodic oxide films on aluminium; Electrochimica Acta 49, 4701-4707 [49] J.E Bauerle, (1969) Study of solid electrolyte polarization by a complex admittance method; J Phys Chem Solids 30, 2657-2670 [50] J.-G Kim, J.-G Ha, J.-H Koh, S.-M Lim, C.-W Kim (2006) Annealing effect of particle size distribution and giant magnetoresistance in insulating granular films; Thin Solid Films 515, 2562-2566 109 [51] J.G.Simmons, (1963) Generalized formula for the electric tunnel effect between similar electrodes separated by athin insulating film; J.Appl.Phys 34(6), 1793-1803 [52] J.R MacDonald (1992) Impedance spectroscopy; Annals of Biomedical Engineering, 20, 289-305 [53] J.S Moodera, L.R Kinder, T.M Wong and R Meservey (1995) Large Magnetoresistance at Room Temperature in Ferromagnetic Thin Film Tunnel Junctions; Phys Rev Lett 74, 3273 [54] J.Y Hwang, S.Y Lee, N.I Lee, H.I Yim, M.Y Kim, W.C Lee, J.R Rhee, B.S Chun, T.W Kim, Y.K Kim, S.S Lee, D.G Hwang, E.J Ri (2009) Effect of Interface Roughness on Magnetoresistance and Magnetization Switching in Double-Barrier Magnetic Tunnel Junction; IEEE Trans Magn 45, 2396-2398; L.F Li, X.Y Liu, G Xiao, (2003) Microstructures of magnetic tunneling junctions; J Appl Phys.93, 467 [55] J Inoue and S Maekawa (1993), “ Spin depent resistivity in magnetic alloys and multilayers”, J Magn Magn Mater 127, pp L249-L253 [56] K.K Likharev, (2003) SET: Coulomb blockade Devices; in Nano et Micro Technologies, 3; K J Dempsey, D Ciudad, and C H Marrows (2011) Single electron spintronics; Philosophical Transactions of the Royal Society A Mathematical, Physical; 2011 Aug 13;369 [57] K Majumdar, et al (1998) Magnetoresistance of the double-tunneljunction Coulomb blockade with magnetic metals; Phys Rev B, 57, 11521 [58] K Ono, D.G Austing, Y Tokura, S Tarucha (2002) Current Rectification by Pauli Exclusion in a Weakly Coupled Double Quantum Dot System; Science 297, 1313-1317 [59] K Takanashi, S Mitani, J Chiba, and H Fujimori (2000) Scanning tunneling microscopy investigation of single electron tunneling in Co-Al-O and Cu-Al-O granular films; J Appl Phys., 87, 6331 [60] K Yakushiji, et al., (2006) Coulomb staircase and tunnel magnetoresistance in nanowire-shaped granular films; J Magn Magn Mater., 303 e 355-e358 [61] K Yakushiji, S Mitani,F Ernult, K Takanashi, H Fujimori (2007) Spindependent tunneling and Coulomb blockade in ferromagnetic nanoparticles Physics Reports 451 (1), 1-35 [62] K Yamane, K Yakushiji, F Ernult, M Matsuura, S Mitani, K Takanashi, H Fujimori (2004) Inverse tunnel magnetoresistance associated with Coulomb staircases in micro-fabricated granular systems; J Magn Magn Mater 272-276, e1091-e1093 110 [63] K Yoon, K Kim, J Koo, J Yang, Y.H Do, J Kwak, and J Hong (2010) Spin-Polarized Transport Phenomena in Double Magnetic Tunnel Junctions Caused by Ferromagnetic CoFe Nanoparticles; IEEE Trans Magn., 46, 7-9 [64] Kazuo Yano, et al (1994) Room-temperature single-electron memory; IEEE Trans Elec Dev., 41, 1628-1638 [65] Ken Uchida, (2003) Single-electron devices for logic applications; in Nanoelectronics and Information Technology, Ed by Rainer Waser, Wiley-VCH GmbH & Co KgaA, Weinheim, 427-443 [66] L Berger (1996) Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current; Phys Rev B, 54, 9353 [67] L F Schelp, A Fert, F Fettar, P Holody, S F Lee, J L Maurice, F Petroff, and A Vaurs (1997) Spin-dependent tunneling with Coulomb blockade; Phys Rev B, 56 R5747 [68] L.I Glazman, (2000) Single Electron Tunneling; J Low Temp Phys., Vol.118, No.5-6, 47-269 [69] L Sheng, Y Chen, H Y Teng, and C S Ting (1999) Nonlinear transport in tunnel magnetoresistance systems; Phys Rev B 59, 480 [70] L.L Chang, L Esaki and R Tsu (1974) Resonant tunneling in semiconductor double barriers; Appl Phys Lett., 24 593 [71] M E Orazem and B Tribollet, (2008) Electrochemical impedance spectroscopy; a John Wiley & Sons, Inc., Publication, Hoboken, New Jersey [72] M.N Baibich, J M Broto, A Fert, F Nguyen Van Dau, F Petroff, P Etienne, G Creuzet, A Friederich, and J Chazelas (1988) Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices; Phys Rev Lett., 61 2472 [73] M Chshiev, thesis of Habilitation`a Diriger les Recherches, Discipline: Physique, (2008) Quantum Description of Spintronic Phenomena in Magnetic Tunnel Junctions; Universit´e Joseph Fourier, Grenoble I, Laboratoire SPINTEC, URA 2512 CEA/CNRS [74] M Chshiev, D Stoeffler, A Vedyayev and K Ounadjela (2002) Magnetic diode effect in double-barrier tunnel junctions; Europhysics Letters (EPL) 58 257 [75] M García-Hernández, F Guinea, A de Andrés, J L Martínez, C Prieto, and L Vázquez (2000) Coulomb blockade versus intergrain resistance in colossal magnetoresistive manganite granular films; Phys Rev B, 61 9549 111 [76] M García del Muro, Z Konstantinovic, M Varela, X Batlle and A Labarta (2008) Metallic Nanoparticles Embedded in a Dielectric Matrix: Growth Mechanisms and Percolation; Journal of Nanomaterials, Volume 2008, Article ID 475168, ; 10.1155 475168 [77] M Hehn, F Montaigne, and A Schuhl (2002) Hot-electron three-terminal devices based on magnetic tunnel junction stacks; Phys Rev B, 66 144411 [78] M Ohnuma, K.Hono, E Abe, and H.Ondera, S Mitani and H Fujimori (1997) Microstructure of Co–Al–O granular thin films; J Magn Appl Phys 82, 5646 [79] M Ohnuma, K Hono, and H Onodera, S Ohnuma, H Fujimori, J S Pedersen (2000) Microstructures and magnetic properties of Co–Al–O granular thin films; J Appl Phys 87, 817 [80] M Stopa (2002) Rectifying Behavior in Coulomb Blockades: Charging Rectifiers; Phys Rev Lett., 88, 146802(4) [81] M Tsoi, A G M Jansen, J Bass, W.-C Chiang, M Seck, V Tsoi, and P Wyder (1998) Excitation of a Magnetic Multilayer by an Electric Current; Phys Rev Lett 80, 4281 [82] M.F Gillies, A.E.T Kuiper, R Coehoorn, J.J.T.M Donkers, (2000) Compositional, structural, and electrical characterization of plasma oxidized thin aluminum layers for spin-tunnel junctions; J Appl Phys 88, 429 [83] M Julliere (1975) Tunneling between ferromagnetic films; Phys Lett, Vol 54A, 225-226 [84] M Tanaka, (2005) Spintronics: recent progress and tomorrow‟s challenges; Journal of Crystal Growth, 278, 25–37 [85] M Ziese and M Thornton (2001) Spin Electronics; Springer 2001 [86] N.J Tao (2006) Electron transport in molecular junctions; Nature Nanotechnology, 1, 173-181 [87] N Ortega, A Kumar, P Bhattacharya, S.B Majumder, R.S Katiyar, (2008) Impedance spectroscopy of multiferroic PbZrxTi1−xO3∕CoFe2O4 layered thin films; Phys Rev B 77, 014111 [88] N Ortega, A Kumar, R.S Katiyar, J.F Scott (2007) Maxwell-Wagner space charge effects on the Pb(Zr,Ti)O3–CoFe2O4 multilayers; Appl Phys Lett 91, 102902 [89] Nguyen Anh Tuan, et al (2006) Electrical characteristics and Coulomb blockade in Co/Al2O3/NiFe MTJs; J Magn Magn Mater., 304, e321-e324; Nguyen Anh Tuan, et al., Communication in Physics, 16, 7; 112 [90] Nguyen Anh Tuan, Trieu Tien Dung and Nguyen Thang Long (2009) Nanostructured magnetic thin films for spintronics, Adv Nat Sci., 10(1) (2009) 95-102 and: Nguyen Anh Tuan, Vu Thi Hoai Huong, Nguyen Tuyet Nga and Nguyen Anh Tue (2009) CIS characteristics of Co/Al2O3/Co/Al2O3/Co double MTJ structures, (SPMS-2009) Đa Nang 171-175 [91] Nguyen Nguyen Phuoc, Nguyen Phu Thuy, Nguyen Anh Tuan, Le Thanh Hung, Nguyen Trung Thanh, Nguyen Thanh Nam(2006), Coexistence of positive and negative exchange bias in CrMn/Co bilayers; J Magn Magn Mater., Vol 298, 43-47 [92] N.P Thuy, N.A Tuan, N.N Phuoc, N.T Nam, T.D Hien, N.H Hai, (2006) Study of exchange bias in MnPd/CoFe bilayers; J Magn Magn Mater., Vol 304/1, 41-44 [93] N.T Nam, N.P Thuy, N.A Tuan, N.N Phuoc, T Suzuki, (2007); Giant parallel and perpendicular exchange biases in MnPd/Co bilayers; Phys Stat Sol (c), vol 4, 4384–4387 [94] Nguyen Thanh Nam, Nguyen Phu Thuy, Nguyen Anh Tuan, Nguyen Nguyen Phuoc, Takao Suzuki, (2007) Giant exchange bias in MnPd/Co bilayers; J Magn Magn Mater., Vol 315, 82-88 [95] Nguyen Huu Dzung, Nguyen Phu Thuy, Nguyen Anh Tuan, Nguyen Thang Long, Nguyen Nguyen Phuoc, (2008) Out-of-plane exchange bias and magnetic anisotropy in [MnPd/Co]10 multilayers; J Magn Magn Mater.; Vol 320, 3334-3340 [96] Nguyen Nguyen Phuoc, Nguyen Phu Thuy, Nguyen Anh Tuan, (2008) Anomalous training effect in exchange-biased MnPd/Co bilayers; Phys Stat Sol (a), 1–5 / DOI 10.1002/pssa.200824385 [97] Nguyen Anh Tuan, Phan Le Minh, Trieu Tien Dung, (2006) Determination of the barrier parameters of Al2O3 layer in MTJs by Simmons‟ and Brinkman‟s models; Communications in Physics, Vol 16, No.1, 7-11 [98] Nguyen Phu Thuy, Nguyen Anh Tuan, Pham Do Chung, Nguyen Nguyen Phuoc,(2006) Angular dependence of the exchange bias field and the coercivity in the Co/MnIr bilayer; Proceedings of the International Conference on Engineering Physics (ICEP-2006), 162-166 [99] Nguyen Phuc Duong, Phung Thi Hong Van, Le Thanh Hung, Than Duc Hien, Nguyen Anh Tuan, (2006) Alloy-phase composition and magnetic peroperties of solid solutions CoMnSb1-xSnx (x = 0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1); Proceedings of the 1st IWOFM-3rd IWONN Conference, Halong, Vietnam, December 6-9, 2006; 337-339 [100] Nguyen Anh Tuan, Do Phuong Lien, (2008) Effect of image force and temperature on electric characteristics of layer-type MTJs; Proceedings of 113 APCTP–ASEAN Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (AMSN2008) - Nha Trang, Vietnam – September 15-21, 2008; 1094-1099 [101] Trieu Tien Dung, Nguyen Anh Tuan, Phan Le Minh, Than Duc Hien, (2006) Tunnel in double-MTJ structure of Py/AlO/Co/AlO/Co; Solid State Physics (Proceedings of The 6th National Conference on Physics, Hanoi, November 23-25 2005); Vol 3, 1035-1038 [102] Le Thanh Hung, Nguyen Phuc Duong, Nguyen Anh Tuan, T.D Hien, (2006) Magnetoresitive effect in CoMnSb compounds; Solid State Physics (Proceedings of The 6th National Conference on Physics, Hanoi, November 23-25,2005);Vol.3; 1135-1138 [103] N.H.Duc, V.N.Thuc, Y.D.Yao, (2006) Tunneling magnetoresistance of glass/Co/Al2O3/Fe50Co50/Ni80Fe20 nanostructures with one magnetostrictive layer; Proceedings of the 1st IWOFM-3rd IWONN Conference, December 6-9, Hanoi 2006, 219-220 [104] N.C.Thuan, N.D.Thanh, L.V.Hong, N.X.Phuc, (2006) Effect of the FeCo buffer layer on MR of sapin valve; Proceedings of the 1st IWOFM-3rd IWONN Conference, Dec 6-9, Hanoi 2006, 325-326 [105] Niladri Narayan Mojumder, et al (2010) Effect of quantum confinement on spin transport and magnetization dynamics in dual barrier spin transfer torque magnetic tunnel junctions; J Appl Phys 108, 104306 [106] O Chayka, L Kraus, P Lobothes kyra, V Sechovsky, T Kocourek, M Jelinek (2006) High field magnetoresistance in Co-Al-O nanogranular films; J Magn Magn Mater 300, 293 [107] P Grünberg, et al (1986) Oscillatory interlayer exchange coupling in Fe/Cr/Fe multi layers; Phys Rev Lett, 57 2442 [108] P Radojkovic, M Schwartzkopff, T Gabriel, and E Hartmann (1998) Metallic nanoparticles for compact nanostructure fabrication and observation of single-electron phenomena at room temperature; SolidState Electronics, 42 1287-1292 [109] Parkin S S P (1995) Giant magnetoresistance nanostructures; Annu Rev Mater Sci 25, 357-388 in magnetic [110] Parkin, S S P., et al (2004) Giant tunnelling magnetoresistance at room temperature with MgO (100) tunnel barriers; Nature Materials, 3, 862 [111] Peter Weinberger (2003) Ab initio theories of electric transport in solid systems with reduced dimensions; Physics Reports 377, 281 [112] Pham Nam Hai, S Ohya, M Tanaka, S.E Barnes and S Maekawa (2009) Electromotive force and huge magnetoresistance in magnetic tunnel junctions; Nature (Letters), 458 489-492 114 [113] Q O Hu, E.S Garlid, P.A Crowell, and C.J Palmstrøm (2011) Spin accumulation near Fe/GaAs (001) interfaces: The role of semiconductor band structure; Phys Rev B, 84 085306 [114] R Compano, L Molenkamp, D.J Paul, (1999 ) Technology Roadmap for Nanoelectronics; IST programme, MELARI NANO, European Commission [115] R Waser (Ed.) (2003) Nanoelectronics and Information Technology; Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA, Weinheim [116] R, Kitawaki; Wakaya, F; Iwabuchi, S (1999) Coulomb blockade and higher order tunneling effect in ultrasmall ferromagnetic double tunnel junction; Microelectronic Engineering 47, 413-415 [117] R S Liu, See-Hun Yang, Xin Jiang, X.-G Zhang, Charles Rettner, Li Gao, Teya Topuria, Philip M Rice, Weifeng Zhang, C M Canali, and Stuart S P Parkin (2013) CoFe alloy as middle layer for strong spin dependent quantum well resonant tunneling in MgO double barrier magnetic tunnel junctions; Phys Rev B, 87, 024411 [118] R Sbiaa, S N Piramanayagam, and T Liew (2013) High speed in spintorque-based magnetic memory using magnetic nanocontacts; Phys Status Solidi RRL 7, No 5, 332-335 [119] R Waser and M Aono, (2007) Nanoionics-based resistive switching memories; Nature Materials, 6, 833-840 [120] Robert C O'Handley, (2000) Modern magnetic materials - Principles and Applications; John Wiley & Sons, Inc., New York / Chichester / Weinheim / Brisbane / Singapore / Toronto, 2000; 328 [121] S K Saha, M DaSilva, Qingling Hang, T Sands and D B Janes, (2006) A nanocapacitor with giant dielectric permittivity; Nanotechnology, 17, 2284–2288 [122] S Maekawa and Gafvert, (1982) Electron tunneling between ferromagnetic films; IEE Transations on Magnetics, vol 18, isue 2, 707708 [123] S.A.Wolf, et al.,(2001) Spintronics: A Spin-Based Electronics Vision for the Future; Science, 294(16) 1488-1495 [124] S Ladak and R J Hicken (2005) Origin of large magnetocurrent in threeterminal double-barrier magnetic tunnel junctions; J Appl Phys., 97, 104512 [125] S Mitania, K Takanashia, K Yakushijia, J Chibaa, H Fujimorib (2001) Study on spin dependent tunneling and Coulomb blockade in granular systems with restricted tunneling paths; Materials Science and Engineering B84, 120 115 [126] S Mitani, H Fujimori, K Takanashi, K Yakushiji, J G Ha, S Takahashi, S Maekawa, S Ohnuma, N Kobayashi, T Masumoto, M Ohnuma, K Hono (1999) Tunnel-MR and spin electronics in metal–nonmetal granular systems; J Magn Magn Mater 198-199, 179-184 [127] S Mitani, H Fujimori, S Ohnuma (1997) Spin–dependent tunneling phenomena in insulating granular systems; J Magn Magn Mater 165, 141-148 [128] S Mitani, H Fujimori, S Ohnuma (1998) Temperature-dependence of tunnel-type GMR in insulating granular systems; J Magn Magn Mater 177-181, 919-920 [129] S Mitani, K Takanashi, K Yakushiji, and H Fujimori (1998), Anomalous behavior of temperature and bias-voltage dependence of tunnel-type giant magnetoresistance in insulating granular systems; J Appl Phys., 83(11), 6524-6526 [130] S Mitani, S Takahashi, K Takanashi, K Yakushiji, S Maekawa, and H Fujimori (1998) Enhanced Magnetoresistance in Insulating Granular Systems: Evidence for Higher-Order tunneling; Phys Rev Lett., 81(13), 2799-2802 [131] S Tarucha, et al (2006) Concepts in spin electronics; ed by S Maekawa, Oxford University Press, First published 2006, 93-143 [132] S.M Thompson, D Pugh, D Loraine, C.L Dennis, J.F Gregg, C Sirisathi thees kyrul, and W Allen (2007) in Spintronic materials and technology, edited by Y B Xu and S.M Thompson, Taylor & Francis Group, New York-London, 2007, 245-268 [133] Soderstrom, J.R.Chow, D.H.McGill,T.C (1990) InAs/AlSb double-barrier structure with large peak-to-valleycurrent ratio: a candidate for highfrequency microwave devices; Electron Device Letters, IEEE, Vol 11 (1) 27-29; and Isawa Y.; Matsubara N.; Ohuti T (1998) Shot noise in double barrier structures; Solid-State Electronics, Vol 42 (7) , 1515-1521 [134] S.O Valenzuela, M Tinkham, (2004) Spin-polarized tunneling in room temperature mesoscopic spin valves; Apll Phys Lett., 85, 5914 [135] T Dietl, (2007) Nanospintronics, IX Konferencja Naukowa Techologia Elektronowa, ELTE 2007 [136] T Uemura, Tetsuya; Sawada, Keisuke; Matsuda, Ken-ichi; Yamamoto, Masafumi (2009) Double magnetic tunnel junctions with crossmagnetization configurations for electrical detection of domain-wall structures; Appl Phys Lett 95, 012502 [137] Tomonori Arakawa, Takahiro Tanaka, Kensaku Chida, Sadashige Matsuo, Yoshitaka Nishihara, Daichi Chiba, Kensuke Kobayashi, Teruo Ono, Akio 116 Fukushima, and Shinji Yuasa (2012) Low-frequency and shot noises in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunneling junctions; Phys Rev B, 86, 224423 [138] W H Rippard, M R Pufall, S Kaka, S E Russek, and T J Silva, (2004) Direct-Current Induced Dynamics in Co90Fe10/Ni80Fe20 Point Contacts; Phys Rev Lett., 92, 027201 [139] W Lu and C M Lieber, (2007) Nanoelectronics from the bottom up; Nature Materials, 6, 841 [140] W Wulfhekel, M Klaua, D Ullmann, F Zavaliche, J Kirschner, R Urban, T Monchesky, and B Heinrich (2001) Single-crystal magnetotunnel junctions; Appl Phys Lett., 78, 509-511 [141] W.C Chien, L.C Hsieh, T.Y Peng, C.K Lo, Y.D Yao, X.F Han, P Lin, (2007) Oscillating Voltage Dependence of High-Frequency Impedance in MTJs; IEEE Trans Magn 43, 2812 [142] W.F.Brinkman, R.C.Dynes, and J.M.Rowell, (1970) Tunneling conductance of asymmetrical barriers; J.Appl.Phys, 41(5), 1915-1921 [143] X Zhang, B, Z Li, G.Sun, and F Pu, (1997) spin-polarized tunneling and magnetiresistance in Ferromagnetic/Insulator (semiconductor) single and double tunel junctions subjected to an electric field; Phys Rev B 56 (9), pp.5484-5488 [144] Yan Zhou (2011) Effect of the field-like spin torque on the switching current and switching speed of magnetic tunnel junction with perpendicularly magnetized free layers; J Appl Phys 109, 023916 [145] Yan Zhou, Jiang Xiao, Gerrit E W Bauer, and F C Zhang, (2013) Fieldfree synthetic-ferromagnet spin torque oscillator; Phys Rev B, 87, 020409(R) [146] Yizi Xu, D Ephron, and M R Beasley, (1995) Directed inelastic hopping of electrons through metal-insulator-metal tunnel junctions; Phys Rev B, 52 2843 117 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyễn Tuấn Anh, Nguyễn Anh Tuệ, Nguyễn Tuyết Nga, Đỗ Phương Liên, Nguyễn Anh Tuấn, (2012) Tính chất từ đặc trưng điện cấu trúc MTJ hai rào Co/Al2O3/ Co/Al2O3/Co; Tạp chí Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm KHCN VN 50(1A) (2012), 65-73 Nguyễn Tuấn Anh, Đỗ Phương Liên, Nguyễn Anh Tuệ, Nguyễn Anh Tuấn, (2012) Quá trình từ hóa màng mỏng từ đa lớp với lớp cách hỗn hợp Ag Al2O; Tạp chí Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm KHCN VN 50(1A) (2012), 7482 Do Phuong Lien, Nguyen Anh Tuan, Nguyen Tuan Anh, (2012) The magnetic Casimir effect between two parallel ferromagnetic plates; Communications in Physics, Vol 22, No (2012), 133-140 Giáp Văn Cường, Nguyễn Thế Bình, Trần Trung, Nguyễn T Ngọc Anh, Nguyễn Tuấn Anh, Hoàng Quốc Khanh, Nguyễn Anh Tuấn, (2013) Biểu hiện tượng plasmonic từ tính cấu trúc nano từ kim loại dị thể dạng hạt Co-Ag; Hội nghị toàn quốc lần thứ vật lý kỹ thuật ứng dụng, Huế 8-12/10/2013 Giap Van Cuong, Nguyen Tuan Anh , Nguyen The Binh , Tran Trung and Nguyen Anh Tuan, (2013) Reflection spectrocopy of polarized light depend on external magnetic field and ferromagnetic component of granular magnetic thin film Co-Ag; Proceedings of The 3rd conference on Natural Science for Mastermand PhD Students from ASEAN Phnom Penh, Cambodia 11 - 15 November 2013 Giap Van Cương, Nguyen The Binh, Tran Trung, Nguyen Tuan Anh and Nguyen Anh Tuan, (2013) Signs of phenomenon spinplasmonic on magnetic heterogenous granular Co-Al2O3 nano structure; Proceedings of Internationnal workshop on Nanotechnology and appplication (IWNA 2013)14-16 Nov 2013 Vung tau, Vietnam Nguyen Tuan Anh, Nguyen Anh Tuan, Nguyen Tuyet Nga, Nguyen Anh Tue, Giap Van Cuong, (2014) Effect of thermal annealing on the ac impedance Co(75)/Al2O3(2.3)/Co(5.0)/Al2O3(2.3)/Co(50) double-barrier MTJs; Current Applied Physics 14 (2014), 1389-1395 Giap Van Cương, Dinh van Tuong, Nguyen Tuan Anh, Tran Trung and Nguyen Anh Tuan, (2014) Spectroscopy of polarized light depend on external magnetic fiel and ferromagnetic component of granular magnetic thin film Co-Ag; Proceedings of the Internationnal conference on advanced materials and nanotechnology (ICAMN 2014) 29 Oct -1Nov 2014, 454-456 Nguyễn Tuấn Anh, Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn T Ngọc Anh, Đỗ Phương Liên, Nguyễn Anh Tuệ, Nguyễn Tuyết Nga, Giáp Văn Cường, Hoàng Quốc Khanh, (2014) Biểu hiện tượng truyền xoắn spin chắn spin hệ MTJ lớp rào Co/Al2O3/Co /Al2O3/Co; Tạp chí Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm KHCN VN 52 (3B), (2014), 117-127 10 Giáp Văn Cường, Nguyễn Thế Bình, Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn T Ngọc Anh, Trần Trung, Nguyễn Tuấn Anh, (2014) Phổ truyền qua ánh sáng nhìn thấy hệ màng mỏng từ dạng hạt Co-Ag theo thành phần Co; Tạp chí Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm KHCN VN 52 (3B), (2014), 15-22 118 11 Nguyễn Tuấn Anh, Lương Văn Sử, Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Tuyết Nga, Nguyễn Anh Tuệ, Giáp Văn Cường, Hoàng Quốc Khanh, (2014) Nghiên cứu chế tạo tính chất dẫn điện AC cấu trúc MTJ lai dạng hạt kỹ thuật phổ trở kháng phức; Tạp chí KH&CN trường đại học kỹ thuật 102 (2014), 127-133 12 Do Phuong Lien, Nguyen Tuan Anh, Nguyen Anh Tuan, (2014) Magnetic Casimir interaction between two parallel Cobalt plates under the influence of magnetic field; Journal of Science and Technology technical universities 99A (2014), 59-63 13 Nguyen Tuan Anh, Giap Van Cuong, Nguyen Anh Tuan, (2015) Diode-like behavior of I-V curve of CoFe-(Al-O)/Si(100) Granular Thin Films; Journal of Magnetism and Magnetic Materials 374(2015), 463-468 14 Nguyen Anh Tuan, Nguyen Tuan Anh, Nguyen Tuyet Nga, Nguyen Anh Tue, Giap Van Cuong, (2016) Thickness-, Composition-, and Magnetic-Field-Dependent Complex Impendance Spectroscopy of Granular-Type-Barrier Co/Co-Al2O3/Co/ MTJs; Journal of Electronic Materials 45 (6) (2016), 3200-3207 119 [...]... Tổng quan về các cấu trúc MTJ và một số vấn đề liên quan Chương 2: Phương pháp thực nghiệm Chương 3: Nghiên cứu các tính chất của cấu trúc MTJ dạng hạt (GMTJ) Chương 4: Nghiên cứu các tính chất của cấu trúc MTJ dạng lai hạt (HMTJ) Chương 5: Nghiên cứu các tính chất của cấu trúc MTJ dạng rào thế kép (DBMTJ) Kết luận chung Tài liệu tham khảo 14 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC MTJ VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN... vật lý spin nổi bật như: chắn Coulomb, chắn spin, chỉnh lưu spin, các hiện tượng xuyên ngầm hay vận chuyển phụ thuộc spin, chuyển động xoắn spin - Hiểu được bản chất vật lý và các tính chất liên quan đến các hiện tượng vật lý spin trong các cấu trúc MTJ tiêu biểu nêu trên Trên cơ sở đó nhận thấy và tiếp cận gần hơn tới những khả năng ứng dụng của các hiện tượng, tính chất này trong công nghệ spintronics... tác giả luận án đã được hướng dẫn quan tâm nghiên cứu cả về mặt công nghệ chế tạo các MTJ có cấu trúc kiểu lai khác nhau cũng như những hiệu ứng, tính chất của các cấu trúc đó, đặc biệt là những hiệu ứng, tính chất liên quan đến vật lý spin Từ đó đề tài nghiên cứu của luận án mang tên: Hiện tượng xuyên ngầm spin và các tính chất liên quan trong các kiểu cấu trúc MTJ Đề tài luận án này cho thấy hoàn... là đối với điện tử nano spin, và đang được quan tâm nhiều là: Các cấu trúc tiếp xúc kiểu xuyên ngầm từ (MTJ) dạng hạt và dạng lớp mà ở đó thực hiện các quá trình vận chuyển xuyên ngầm phụ thuộc spin (SDT), hoặc các cấu trúc MTJ kiểu lai giữa cấu trúc lớp và hạt để có thể thực hiện được sự vận chuyển đơn spin (cấu trúc SSET: single spin electron tunneling) [27, 43, 122] Các cấu trúc chuyển tiếp dị thể... triển hiện đại nhất hiện nay trên thế giới trong lĩnh vực khoa học và công nghệ nano nói chung, vật lý và công nghệ của vật liệu điện tử nano nói riêng Mục tiêu nghiên cứu của luận án là nhằm: - Tạo ra được các cấu trúc MTJ dạng hạt (GMTJ), dạng lai lớp hạt (HMTJ) và cấu trúc MTJ có rào thế kép (DBMTJ) - Thấy được các tính chất liên quan trong các kiểu cấu trúc MTJ đã chế tạo, tập trung vào các hiện tượng. .. hợp, và đặc biệt dưới tác dụng của từ trường ngoài - Phân tích để rút ra những hành vi, những tính chất mang tính đặc thù liên quan đến các hiện tượng do tính phân cực spin ở các cấu trúc MTJ mang lại, như các quá trình xuyên ngầm spin, sự tương tác và vận chuyển cảm ứng bởi spin Qua đó xác lập được sự hiểu biết chung về bản chất vật lý và những tính chất quan trọng nhất với các kiểu cấu trúc MTJ khác... trúc MTJ kiểu hạt, như các hệ Co(Ni, Fe, CoFe)- Al2O3 - Hiện tượng đồng xuyên ngầm từ (magnetic co-tunneling) trong các cấu trúc MTJ kép kiểu lớp (cấu trúc với 2 lớp hay nhiều lớp rào thế), và kiểu lai lớp-hạt (cấu trúc có lớp dạng hạt xen kẽ rào thế kép) - Hiện tượng xuyên ngầm với hiệu ứng chắn Coulomb từ (magnetic Coulomb blockage), thường xuất hiện ở trong các cấu trúc MTJ kép và lai, đặc biệt là cấu. .. đạo Các cấu trúc tiếp xúc kiểu xuyên ngầm từ (MTJ) với các hiện tượng, tính chất và khả năng ứng dụng của nó trong lĩnh vực này đã được các phòng thí nghiệm và các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu 1.1 Những nghiên cứu liên quan ở nƣớc ngoài và trong nƣớc 1.1.1 Nghiên cứu liên quan ở nƣớc ngoài Trong những năm đầu của thế kỷ 21, các quốc gia tập trung nghiên cứu mạnh nhất về spintronics... lĩnh vực spintronics nói chung và cấu trúc MTJ nói riêng Các nghiên cứu góp phần vào việc khai thác ứng dụng các loại vật liệu, các cấu trúc vật liệu kèm theo các hiện tượng, tính chất của nó như: hiện tượng xuyên ngầm, xuyên ngầm phụ thuộc spin, đồng xuyên ngầm, xuyên ngầm đơn điện tử, hiện tượng chắn Coulomb, chắn spin điện tử, tích tụ spin vào những ứng dụng trong lĩnh vực này Trên cơ sở đó đề tài... theo các hướng chính: - Nghiên cứu các cấu trúc tiếp xúc xuyên ngầm từ (MTJ) cả ở dạng lớp, dạng hạt nano và dạng lai giữa các cấu trúc lớp và hạt Các cấu trúc lớp chủ yếu là Co/AlO/Co(Py) [101]; các cấu trúc dạng hạt điển hình là Co-AlO [4, 97], Ni-AlO, Fe-AlO, CoFe-AlO, Py-AlO, hay CoNi-AlO; các cấu trúc nhiều lớp rào thế như: Co/AlO/Co/AlO/Co [90, 95], và các cấu trúc lai Co/Co-AlO/Co - Nghiên cứu các