Effect of interface states on spin-dependent tunneling in Fe/MgO/Fe tunnel junctions
用第一性原理计算研究了外延Fe/MgO/Fe（001）隧道结的电子结构和自旋相关隧穿。对于小的MgO势垒厚度的少数自旋共振带在两个接口的反平行磁化的隧穿电导作出了显着的贡献，而这些频带，在实践中，不匹配的无序和/或小的施加偏压的平行磁化。这解释了实验观察到的减少隧穿磁电阻（TMR）薄MgO障碍。我们预测，单层的Ag外延沉积在Fe和MgO之间的界面抑制隧道通过界面带，因此可以用于提高薄的障碍的TMR。
2005-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetization of Co20Fe50Ge30 films induced by MgO interface
报道了在单晶MgO（001）衬底上外延生长Co_（20）Fe_（50）Ge_（30）薄膜。结构表征显示CoFeGe的（001）取向B2有序性与MgO势垒匹配良好。在MgO/CoFeGe/MgO结构中实现了垂直磁各向异性（PMA），优化的磁各向异性能量密度（K）为3 106 erg/cm 3。发现磁各向异性强烈依赖于MgO和CoFeGe层的厚度，这表明CoFeGe的PMA是由CoFeGe和MgO之间的界面各向异性贡献的。CoFeGe薄膜具有较低的阻尼常数，是一种很有前途的实现低开关电流的自旋电子材料。
2013-06-29 cond-mat.mtrl-sci
In situ soft x-ray absorption spectroscopic study of Fe/MgO interfaces
用软X射线吸收光谱原位研究了铁在MgO表面沉积过程中铁与MgO之间的界面反应。高灵敏度的技术，它是能够检测甚至一个子单层的一个给定的阶段，结合原位测量作为铁层厚度的函数，允许一个定量估计的界面相。两种不同的衬底，即MgO（001）单晶，和多晶MgO薄膜在Si衬底上已被用来阐明的作用，MgO表面的状态在控制界面结构。结果表明，在Fe和MgO膜的界面处，形成了两层左右的Fe_3O_4单层膜。Fe3O4是具有最高生成热的铁的氧化物，该反应似乎是由热力学控制的。另一方面，在与MgO（001）表面的界面上，生成FeO，表明反应受到氧原子可用性的限制。由于大块铁磁铁层的邻近效应，FeO层的磁行为得到显着修改。
2018-09-19 cond-mat.mtrl-sci
The origin of enhanced interfacial perpendicular magnetic anisotropy in LiF-inserted Fe/MgO interface
Fe/MgO界面具有巨隧穿磁电阻和强垂直磁各向异性，是自旋电子学的重要组成部分。最近的一项研究表明，在Fe和MgO层之间插入超薄LiF层显著增强了PMA。在这项研究中，我们进行X射线磁性圆二色性测量Fe/LiF/MgO多层膜，以揭示PMA增强的起源。我们发现，LiF插入增加的轨道磁矩各向异性，从而磁各向异性能量。我们把这种轨道磁矩各向异性增强的起源归因于更强的电子局域化和电子-电子关联或更好的界面质量和更少的缺陷。
2022-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Investigation on Mn$_{3-δ}$Ga/MgO interface for magnetic tunneling junctions
Mn $_3$ Ga Heusler化合物及其合金是实现磁隧道结自旋转移矩开关最有前途的材料。通过这些多层结构化器件中的高质量界面可以实现改进的性能。在这种情况下，Mn $_{1.63}$ Ga和MgO之间的界面由于其在隧道结中的自旋极化性质而特别令人感兴趣。我们用硬X射线光电子能谱学（HAXPES）对MgO/Mn $_{1.63}$ Ga结进行了化学表征。实验表明，在界面处的Ga-O键的形成，并证明在MgO膜附近的Mn原子的局部环境的变化。此外，我们表明，插入的金属镁层界面的MgO和锰-镓膜强烈抑制镓的氧化。
2014-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Tuning perpendicular magnetic anisotropy in the MgO/CoFeB/Ta thin films
理解铁磁金属/氧化物界面的磁各向异性是一个基础和有趣的课题。本文提出了一种通过改变MgO/CoFeB/Ta薄膜中MgO的厚度来控制垂直磁各向异性（PMA）强度的方法。我们确定，PMA在MgO/CoFeB界面的块状MgO层的晶体结构的调谐和显着降低，由于晶体MgO形成的发病与MgO厚度的增加。我们的工作开辟了一条途径来操纵磁各向异性的铁磁金属/氧化物界面的修改。
2014-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Full-Heusler Co2FeSi alloy thin films with perpendicular magnetic anisotropy induced by MgO-interface
采用对靶溅射（FTS）方法，在衬底温度TS = 300 ℃时，制备了厚度为100 nm的L21有序全Heusler Co2 FeSi（CFS）合金薄膜。薄膜的L21阶和B2阶的程度分别为0.37和0.96。此外，FTS方法成功地形成了具有由MgO界面磁各向异性诱导的垂直磁各向异性（PMA）的全Heusler CFS合金薄膜。当dCFS为0.6 nm <= dCFS <= 1.0 nm时，CFS/MgO堆叠层显示PMA。这些结构中的PMA是CFS/MgO界面垂直磁各向异性的结果。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Morphological evolution and surface/interface Fe-oxide formation in epitaxial Fe(001)/MgO(001) thin film
本研究利用电子束蒸发在MgO(001)衬底上生长外延Fe薄膜，通过同步进行RHEED与TM测量，分别监测了薄膜的结构与形貌演变。
2024-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Schottky Barrier Heights of Defect-free Metal/ZnO, CdO, MgO and SrO Interfaces
用密度泛函超原胞方法研究了ZnO、CdO、MgO和SrO与不同金属和不同终端的无缺陷界面的肖特基势垒高度。氧化物带校正其密度泛函带隙误差通过应用U-型处理其金属-d和O-p状态在必要时。发现p型SBH随着金属功函数的增加而线性减小。对于每种氧化物，非极性和极性界面的钉扎因子S相似。S被认为是0.26，0.56，0.74和0.96，分别为CdO，ZnO，MgO和SrO，随着S的增加，增加的氧化物离子性。计算出的钉扎因子与金属诱导能隙态（MIGS）模型的电离度和介电常数的变化基本一致。一个显着的移位SBH从非极性的极性界面的0.4 eV，1 eV和0.5 eV的ZnO，MgO和SrO，分别可以解释由界面偶极子。我们的结果也适用于描述Co，Fe|磁性隧道结中的MgO界面。
2021-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the spin and symmetry properties of the buried Co2MnSi/MgO interface by low energy spin-resolved photoemission
本文提出了一种利用低能自旋分辨光电子能谱研究埋层界面自旋和对称电子性质的新方法。结果表明，该方法对埋于20 ML（~ 4 nm）MgO以下的界面非常敏感，为自旋电子学界面的非破坏性表征提供了有力的工具。作为示范，我们应用这种技术来表征Co2 MnSi/MgO界面，一个基本的积木的国家的最先进的磁性隧道结的基础上Heusler化合物。我们发现，在Co2 MnSi（100）/MgO界面处，一个具有Δ1对称性和少数自旋特征的表面态被淬灭，该表面态主导了裸Co2 MnSi（100）表面的电子结构.因此，界面自旋相关的电子结构类似于理论上预期的Co2 MnSi体能带结构，具有Δ1和Δ5对称性的大多数自旋电子态。此外，我们发现在少数沟道中有额外的热诱导贡献，反映了多数沟道的Δ1/Δ5不对称性。
2012-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Interface magnetic moments enhancement of FePt-L1$_0$/MgO(001): an ab-initio study
用密度泛函方法研究了FePt-L_1 $_0$与MgO（001）合金的界面。由于面心四元L1 $_0$相的堆叠是由交替的Fe和Pt平面形成的，因此研究了Fe和Pt终止的接触层。此外，由于这两个系统的面内晶格常数之间的大的失配，我们选择了一些共同的$a$值为两种合金，以探索详细的吸附能，电子结构和界面磁性。通过从总能量中减去清洁的FePt和MgO合金的能量来计算吸附能。当Fe/Pt原子位于O物种的$top$上时，其优选的吸附几何位置对于其余位置具有较小的吸附能。我们发现，扩大MgO晶格增强的磁矩的Fe物种，但Pt的时刻几乎保持不变。
2013-12-16 cond-mat.mtrl-sci
The fate of half-metallicity near interfaces: the case of NiMnSb/MgO and NiMnSi/MgO
采用第一性原理密度泛函方法研究了半金属Heusler合金NiMnSb、NiMnSi和MgO之间界面的电磁性质。在NiMnSb/MgO（100）界面的情况下，失去了半金属性，而NiMnSb/MgO（100）界面中的MnSb/MgO接触在费米能级（$\sim 60$ %）处保持相当程度的自旋极化。值得注意的是，NiMnSi/MgO（111）界面在费米能级处显示出100%的自旋极化，尽管在界面处存在相当大的扭曲，以及在完全结构优化后相当短的Si/O键。这一行为将NiMnSi/MgO（111）界面与相应的NiMnSb/CdS和NiMnSb/InP界面明显区分开来。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reinvestigation on large perpendicular magnetic anisotropy in Fe/MgO interface from first-principles approach
采用第一性原理密度泛函方法研究了磁性金属Fe/MgO界面和电介质绝缘体Cr层下的电子结构和磁各向异性.结果表明，界面共振态随着Fe层数的减少而被占据，与典型的刚性能带图不同，在厚度依赖的振荡行为中发现了大的垂直各向异性。我们讨论的方案的二维范霍夫奇异性与平带色散，以及各向异性能量的准确性与现有的实验数据进行比较。
2017-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Tantalum spacer thickness and deposition conditions on the properties of MgO/CoFeB/Ta/CoFeB/MgO free layers
为了在小器件尺寸下获得稳定的垂直磁化隧道结，通常使用包括两个MgO/FeCoB界面作为界面各向异性源的复合自由层。通常通过在FeCoB层内插入前过渡金属系列的间隔层来确保适当的结晶和退火鲁棒性。我们研究的间隔物的厚度和生长条件上的开关度量的隧道结热退火在400 $^\circ$ C的情况下，1-4 μ m的Ta间隔物的影响。厚的Ta间隔物导致指示更好限定的顶部FeCoB/MgO界面的大的各向异性，但是这是以更强的阻尼的系统代价来实现的。对于最佳的各向异性阻尼折衷，直径为22 nm的结仍然可以是稳定的和自旋扭矩切换。矫顽力和不均匀的线宽加宽，可能会产生在FeCoB/Ta界面的粗糙度，可以减少，如果牺牲Mg层被插入之前的Ta间隔沉积。
2019-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Structural relaxation effects on interface and transport properties of Fe/MgO(001) tunnel junctions
用密度泛函理论（DFT）计算了Fe/MgO（100）磁性隧道结的界面结构，结果表明界面结构与交换和关联泛函的选择密切相关。Bader分析表明，通过放松与本地自旋密度近似（LSDA）的细胞所获得的结构显示出不同的电荷转移比那些放松与广义梯度近似（GGA）。因此，电子输运被发现是非常敏感的界面结构。特别是，LSDA松弛几何形状的电导比GGA松弛几何形状的电导小约一个数量级。电子电流对界面细节的高度敏感性可能解释了磁阻的实验值和计算值之间的差异。
2008-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Influence of chemical and magnetic interface properties of Co-Fe-B / MgO / Co-Fe-B tunnel junctions on the annealing temperature dependence of the magnetoresistance
Co-Fe-B / MgO / Co-Fe-B磁性隧道结的隧道磁电阻随退火温度的增加而增加，从200 ℃退火后的20%增加到350 ℃退火后的最大值112%。虽然良好定义的最近邻有序指示MgO势垒的结晶度不改变退火，少量的界面Fe-O在较低的Co-Fe-B / MgO界面中被发现在生长的样品中，这是完全减少后，在275 ℃退火。这伴随着Fe磁矩和隧道磁阻的同时增加。然而，MgO基结的TMR随着退火温度的升高而进一步增加，这不是由Fe-O还原引起的。在350 ℃退火后，在Fe和Co L-边缘上方出现X射线吸收近边缘结构，表明Co-Fe-B电极发生了再结晶。这是相干隧穿的先决条件，并已被认为是负责的TMR高于275 ℃的进一步增加。同时，Co-Fe-B中的B浓度随着退火温度的升高而降低，至少一些B朝向MgO阻挡层扩散或扩散到MgO阻挡层中并形成B2 O3氧化物。
2007-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Interface-related magnetic and vibrational properties in Fe/MgO heterostructures from nuclear resonant spectroscopy and first-principles calculations
我们结合$^{57}$ Fe穆斯堡尔谱和$^{57}$ Fe核共振非弹性X射线散射（NRIXS）在纳米级多晶[bcc-$^{57}$ Fe/MgO]多层膜中，具有不同的Fe层厚度和基于层分辨密度泛函理论（DFT）的（001）取向[Fe（8 ML）/MgO（8 ML）]（001）异质结构的第一性原理计算来解开界面-多层膜系统的相关原子振动特性。在理论和实验中，我们观察到一贯增强的超精细磁场相比，散装这是与Fe/MgO界面层。NRIXS和DFT都揭示了一个强烈的纵向声学（LA）声子峰的降低，结合低能量振动态密度（VDOS）的增强，这表明界面的存在和相关的层分辨磁矩的增加导致Fe部分VDOS的剧烈变化。从实验和计算的VDOS，振动热力学性质已被确定为Fe厚度的函数，并被发现是非常好的协议。
2020-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced interface perpendicular magnetic anisotropy in Ta|CoFeB|MgO using nitrogen doped Ta underlayers
我们发现，Ta |CoFeB| MgO磁性异质结构的磁特性的强烈影响，通过掺杂的Ta底层与氮。特别地，饱和磁化强度在掺杂Ta底层时下降，表明掺杂的底层充当硼扩散阻挡层。此外，磁死层的厚度随着氮掺杂的增加而减小。令人惊讶的是，当向Ta底层引入最佳量的氮时，界面磁各向异性增加至~1.8 erg/cm 2。这些结果表明，氮掺杂的Ta作为一个很好的底层自旋电子学应用，包括磁隧道结和畴壁器件。
2013-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Imaging the buried MgO/Ag interface: formation mechanism of the STM contrast
扫描隧道显微镜（STM）提供原子尺度的真实空间电子状态信息，最常用于研究材料表面。该方法的一个有趣的扩展是试图通过在导电衬底上的绝缘层表面上方进行低偏压成像来研究绝缘体/导体界面处的电子结构。我们使用第一性原理理论来研究MgO/Ag系统中低偏压STM图像形成的物理机制。我们发现，低偏压STM对比度的主要特征是完全由MgO表面上的原子。因此，低偏置对比度是由在费米能级的状态在Ag中通过MgO的晶格和原子轨道在其到达表面的途中渐逝地传播而形成的。我们开发了一些分析技术的基础上从头算紧束缚表示，允许识别的STM对比度的起源在以前的方法已被证明是模棱两可的情况下。
2014-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Bulk and interface spin-orbit torques in Pt/Co/MgO thin film structures
本研究通过谐波霍尔测量探究Pt/Co/MgO薄膜中自旋轨道矩的起源，明确类阻尼SOT主要源于Pt的体自旋霍尔效应，类场SOT具有界面起源且顶部Co/MgO界面会产生反向类场SOT。
2024-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Taming the resistive switching in Fe/MgO/V/Fe magnetic tunnel junctions: An ab initio study
提出了一种可能的机制，实验观察到的电阻开关在Fe/MgO/V/Fe结。在局域密度近似和赝势理论下的从头算总能量计算表明，通过使氧离子穿过MgO/V界面，可以获得亚稳态。有人认为，这种状态可以通过在界面上施加电场来达到。此外，基态和亚稳态表现出不同的电导。后者的结果进行了讨论，在费米能级的态密度的变化和界面处的电荷转移，由于氧离子的运动。
2014-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Spin wave study of magnetic perpendicular surface anisotropy in single crystalline MgO$\text{/}$Fe$\text{/}$MgO films
宽带铁磁共振测量不同厚度的单晶铁膜夹在MgO层。一个详尽的磁性表征的薄膜（交换常数，立方，单轴和表面各向异性）的均匀和第一垂直驻波自旋波模式的研究，使作为施加的磁场和膜厚度的函数。非互易自旋波传播的额外测量使我们能够将两个界面对总表面各向异性的贡献分开。结果是一致的准体膜内部和两个磁性不同的顶部和底部界面，归因于不同的氧化态的差异的模型。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Induced Work Function Changes at Mg-doped MgO/Ag(001) Interfaces: a Combined Auger Electron Diffraction and Density Functional Study
利用俄歇电子衍射、紫外光电子能谱和密度泛函理论计算研究了Mg原子在界面金属层中替代的MgO/Ag（001）外延薄膜的性质。利用MgKL_（23）L_（23）俄歇谱的逐层分辨率和多重散射计算，我们首先确定了MgO/Ag（001）系统在界面上有Mg原子和无Mg原子时的层间距和形态参数。我们发现，Mg原子的掺入驱动器的界面层的强烈变形，其对金属/氧化物的电子结构的影响是一个重要的减少的功函数（0.5 eV）相关的带偏移的变化在界面处。这些实验观察是非常好的协议与我们的DFT计算再现诱导的晶格畸变，并揭示（通过Bader分析），增加的界面Mg浓度的结果在电子转移从Mg到Ag原子的金属界面层。虽然出现的局部晶格畸变的MgO界面层的O2-离子和最近的带正（负）电荷的Mg（Ag）的金属界面层的邻居之间的吸引（排斥）库仑相互作用的结果，其对功函数降低的影响是有限的。最后，分析的诱导功函数的变化方面的电荷转移，褶皱，和静电压缩的贡献尝试和揭示的金属/氧化物的功函数的变化引起的界面Mg原子掺入基本上是由增加的静电压缩效应驱动。
2014-11-25 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of magnetocrystalline anisotropy at the L2$_1$ Full Heusler|MgO interfaces and tunnel junctions
用第一性原理计算研究了Heusler合金$|$ MgO界面的磁晶各向异性。结果表明，Co封端的Co $_{2}$ FeAl $|$ MgO界面表现出垂直磁各向异性，最高可达1.31 mJ/m $^2$，而FeAl封端的界面表现出面内磁各向异性.原子层分辨分析表明，Co $_{2}$ FeAl $|$ MgO界面垂直磁各向异性的起源可以归因于界面Co原子的面外轨道贡献。同时，Co $_{2}$ MnGe和Co $_{2}$ MnSi与MgO的界面倾向于有利于所有终端的面内磁各向异性。
2016-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear electric field effect on perpendicular magnetic anisotropy in Fe/MgO interfaces
研究了电场对夹在Cr缓冲层和MgO隧道势垒层之间的Fe（001）单晶层的磁各向异性的影响，主要是通过后退火温度和测量温度的依赖关系。在负电场范围内观察到大于200 fJ/Vm的大电场效应系数，以及约600 uJ/m2的垂直磁各向异性（PMA）的面能量密度。更有趣的是，在磁各向异性的电场依赖性中观察到非线性行为，在+100 mV/nm附近产生局部最小值，与退火后温度和测量温度无关。系统的界面条件和温度的不敏感性表明，非线性行为是由于一个内在的起源，如在Fe/MgO界面的固有电子结构。本文的研究有助于电场对PMA作用机理的从头计算等理论研究的进展。
2017-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Sign change in the tunnel magnetoresistance of Fe3O4/MgO/Co-Fe-B magnetic tunnel junctions depending on the annealing temperature and the interface treatment
磁铁矿（Fe 3 O 4）是磁性隧道结（MTJ）的合格候选者，因为它在费米能级处显示出高自旋极化以及585°C的高居里温度。本研究制备了Fe_3O_4/MgO/Co-Fe-B MTJ。在200°C和280°C之间的温度下退火MTJ之后，观察到TMR的符号变化。我们的研究结果表明，镁相互扩散从MgO势垒到Fe 3 O 4的TMR的变化的原因。此外，已经研究了在MTJ的制备期间对磁铁矿界面的不同处理（氩气轰击、在200°C下在氧气气氛中退火）对MTJ的性能的影响。使用氩气轰击和在氧气气氛中退火两者可以观察到高达~ 12%的最大TMR，尽管在MgO阻挡层的沉积之前将磁铁矿表面暴露于大气条件。
2015-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Large magnetoresistance in bcc Co/MgO/Co and FeCo/MgO/FeCo tunneling junctions
通过第一性原理电子结构计算，我们预测bcc Co（100）/MgO（100）/bcc Co（100）和FeCo（100）/MgO（100）/FeCo（100）隧道结的磁电阻可以比Fe（100）/MgO（100）/Fe（100）系统预测的非常大的磁电阻大几倍。这种大的磁阻的起源可以理解使用简单的物理参数，通过考虑垂直于界面的费米能量的电子。对于少数自旋，不存在具有$Δ_1$对称性的状态，而对于多数自旋，仅存在$Δ_1$状态。$Δ_1$态的衰减比MgO势垒内的其它态慢得多。在不存在打破平行于界面的动量守恒的散射的情况下，如果电极的力矩是反平行的，则垂直于界面行进的电子经历全反射。这些论点同样适用于具有其他有序隧道势垒的系统，对于这些系统，势垒中衰减最慢的复能带具有$Δ_1$对称性。实例包括具有由Fe、bcc Co或bcc FeCo电极和Ge、GaAs或ZnSe势垒构成的（100）层的系统。
2004-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of spin-pumping by a MgO tunnel-barrier
自旋抽运在铁磁体（F）/正常金属（N）界面处的正常金属中产生纯自旋电流。自旋泵浦的效率由自旋混合电导给出，自旋混合电导取决于N和F/N界面。我们直接研究了自旋泵通过MgO隧道势垒使用反自旋霍尔效应，它耦合自旋和电荷电流，并提供了一个直接的电子检测自旋电流在正常的金属。我们发现，自旋泵被抑制的隧道势垒，这是相反的，最近的研究表明，自旋混合电导可以通过在界面处插入隧道势垒增强。
2009-11-16 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of enhancement of perpendicular magnetic anisotropy obtained by inserting an ultrathin LiF layer at an Fe/MgO interface
永磁各向异性（PMA）是磁阻随机存取存储器（MRAM）的一个重要特性。为了提高MRAM的面密度，重要的是找到一种方法来增强PMA。最近报道了通过在Fe/MgO界面处插入LiF层来强烈增强PMA [T. Nozaki等人，NPG Asia Materials（2022）14：5]。为了理解所观察到的PMA增强的起源，我们对以下四种多层结构的磁晶各向异性能（MAE）进行了第一性原理计算：Fe/MgO、Fe/LiF/MgO、Fe/FeO/MgO和Fe/FeF/LiF/MgO。发现Fe/LiF/MgO和Fe/FeF/LiF/MgO结构的MAE与Fe/MgO结构的MAE几乎相同，而Fe/FeO/MgO结构的MAE不到Fe/MgO结构的一半。结果表明，在Fe/MgO界面处插入LiF层可提高PMA的性能，其主要原因是抑制了界面处Fe和O原子的混合。我们还发现面内Fe-F耦合对MAE有正贡献，而面内Fe-O耦合对MAE有负贡献。研究结果对高PMA材料的设计具有一定的指导意义。
2023-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric Field Effect on Magnetization and Magnetocrystalline Anisotropy at the Fe/MgO(001) Interface
采用密度泛函方法研究了外加电场对Fe/MgO（001）界面磁性的影响.结果表明，如果在介电常数较大的介质材料上施加电场，可以显著增强界面磁化强度和磁晶各向异性的影响。特别是，我们预测的增强界面的磁电磁化率的MgO的介电常数的一个因素超过的自由站立的Fe（001）表面。我们还预测了一个显着的效果，电场上的界面磁晶各向异性由于在Fe/MgO界面的Fe原子的3d轨道的相对占有率的变化。这些结果可能是有趣的技术应用，如电控磁数据存储。
2010-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Band bending at the interface in Polyethylene-MgO nanocomposite dielectric
聚合物纳米复合材料是一种很有前途的高电压电气绝缘材料。然而，其性能背后的物理原理尚未完全了解。采用密度泛函理论研究了氧化镁-聚乙烯纳米复合材料界面区的电子性质。我们的研究结果表明，聚乙烯的导带匹配的不同表面的氧化镁的导带。这种能带弯曲导致高达2.6eV深的长程势阱。此外，硅处理对氧化镁表面性能的根本影响进行了评估。我们报告减少的表面诱导状态在硅处理的接口。模拟提供的信息，用于提出一个新的模型，在纳米复合材料的电荷捕获。
2016-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced spin-orbit torque via interface engineering in Pt/CoFeB/MgO heterostructures
自旋-轨道力矩通过垂直磁化的重金属/铁磁体异质结构中的面内电流促进有效的磁化切换。自旋-轨道-转矩诱导的切换的效率由体或界面自旋-轨道相互作用或两者引起的电荷到自旋的转换决定。在这里，我们表明，自旋轨道扭矩和由此产生的开关效率在Pt/CoFeB系统中显着增强的界面改性，涉及Ti插入之间的Pt和CoFeB层。自旋泵和X射线磁性圆二色性实验表明，这种增强是由于额外的界面产生的自旋电流的的Pt/SiO2界面和/或改善自旋透明度通过抑制在Pt层中的邻近诱导的时刻实现。我们的研究结果表明，界面工程提供了一种有效的方法来提高自旋轨道扭矩，从而磁化转换效率。
2018-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling interface and thickness effects on hydrogen absorption in V/MgO: experiments and DFT
通过实验与DFT计算研究V/MgO薄膜中界面和厚度对氢吸收的影响，发现界面电子杂化削弱氢结合，超薄极限下熵变增大且相变临界温度被抑制，表明层厚与界面工程可调控可逆氢吸收。
2025-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the interfacial perpendicular magnetic anisotropy constant of the Co$_2$FeAl/MgO interface upon annealing
我们调查的Heusler合金Co $_2$ FeAl的膜的厚度系列，以研究退火的效果上的界面上的MgO层和体磁性能。我们的研究结果表明，而垂直界面各向异性常数$K^{\perp}_{\rm S}$为零的沉积样品，其值增加退火的值$1.14\, \pm \,0.07$ ~mJ/m $^2$的系列退火在320 $^{\rm o}$ C和$2.07\, \pm \,0.7$ ~mJ/m $^2$的450 $^{\rm o}$ C退火系列由于在热处理过程中的界面的强烈修改。该大值确保了对于低于1.7 nm的厚度的垂直磁化取向的稳定。数据还表明，在平面双轴各向异性常数有一个不同的演变与厚度在沉积和退火系统。吉尔伯特阻尼参数$α$显示了所有系列的最小值为40 nm的厚度和$2.8\pm0.1\cdot10^{-3}$的绝对最小值。的厚度依赖性的解释中所产生的系统的不同的各向异性之间的相互作用和晶体无序的非均匀磁化状态。
2018-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Strong perpendicular magnetic anisotropy energy density at Fe alloy/HfO2 interfaces
研究了重金属（HM）/ Fe合金/MgO薄膜异质结构在Fe合金和MgO之间插入一层HfO 2钝化层后的垂直磁各向异性（PMA）行为。这是通过在随后的MgO层的射频溅射沉积之前在Fe合金上沉积一到两个Hf原子层来实现的。该Hf层在MgO层的后续沉积期间被完全氧化，如通过X射线光电子能谱学测量所证实的。结果，可以在没有任何制造后退火处理的情况下实现强的界面垂直各向异性能量密度，例如Ta/Fe 60 Co20 B20/HfO 2/MgO异质结构的1.7 erg/cm ^2。根据HM，PMA的进一步增强可以通过热退火到至少400 C来实现。我们发现，超薄HfO 2层提供了一系列的选择，用于增强磁异质结的磁性能的自旋电子学应用。
2017-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study of electronic and magnetic properties of Mn$_2$RuZ/MgO (001) heterojunctions (Z= Al, Ga, Si, Ge)
采用第一性原理计算方法，研究了Mn $_2$ RuZ（Z=Al，Ga，Si，Ge）及其与MgO沿（001）方向的异质结.这些合金均具有Hg $_2$ CuTi型反Heusler合金结构和亚铁磁基态。我们的研究揭示了半金属电子结构与高度自旋极化的$Δ_1$带，这是强大的原子无序。接下来我们研究了Mn $_2$ RuAl/MgO和Mn $_2$ RuGe/MgO异质结的电子结构。我们发现，MnAl-或MnGe-终止的接口是积极更有利的MnRu-终止的接口相比。在Mn $_2$ RuGe/MgO结中，界面态出现在少数自旋能隙的费米能级上。我们讨论了这些界面态的起源在每个组成原子周围的局部环境。另一方面，在Mn $_2$ RuAl/MgO结中，体Mn $_2$ RuAl的高自旋极化独立于其终止而被保持。
2020-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Structural stability, magnetic and electronic properties of Co2MnSi(001)/MgO heterostructures: A density functional theory study
对与隧道磁阻（TMR）器件相关的外延Co_2MnSi（001）/MgO（001）界面进行了计算研究。采用从头算原子热力学，我们表明，批量终止Co2 MnSi的Co或MnSi平面形成稳定的界面，而纯Si或纯Mn终止需要非平衡条件。除纯Mn界面外，Co_2MnSi体相的半金属性质被界面带所破坏。即便如此，在均匀的Mn或Co界面处，这些能带对通过MgO势垒的少数自旋电导贡献很小，因此这样的终止在TMR器件中可以表现得很强。
2009-08-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Atomic and Electronic Structures of Unreconstructed Polar MgO(111) Thin Film on Ag(111)
利用反射高能电子衍射（RHEED）、俄歇电子能谱（AES）、电子能量损失谱（EELS）和紫外光电子能谱（UPS）研究了MgO在Ag（111）表面形成的极性表面的原子和电子结构。通过Mg和O $_{2}$在Ag（111）上的交替吸附，可以生长出一个相当平坦的未重构的极性MgO（111）1 $\times$ 1表面.从Ag和Mg原子在界面上的相互作用以及表面原子的电荷状态讨论了MgO（111）表面的稳定性。该表面的EELS没有显示出带隙区，并且在UPS中费米能级处出现有限态密度。这些结果表明，极性MgO（111）表面不是绝缘表面，而是半导体或金属表面。
2003-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Interface-driven magnetic anisotropy in relaxed La$_{0.7}$Sr$_{0.3}$CrO$_3$/La$_{0.7}$Sr$_{0.3}$MnO$_3$ heterostructures on MgO
研究了用分子束外延法在（001）取向MgO上生长的La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ CrO $_3$（LSCO）/La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_3$（LSMO）异质结的结构和磁性。由于大的薄膜-衬底晶格失配，应变弛豫被发现发生在第一个2-3个单位晶胞（uc）的薄膜，证明了反射高能电子衍射和高分辨率同步辐射X射线倒易空间映射。我们发现，存在的LSCO间隔层和帽层导致铁磁性的超薄LSMO层的厚度为2 μ c的顺序与磁易轴取向的膜平面。用SQUID磁强计测量了[2 uc LSCO/ 2 uc LSMO]和[2 uc LSCO/ 4 uc LSMO]超晶格的净磁矩分别为1.4和2.4 $μ_B$ /Mn。放松[2 μ c LSCO/ 4 μ c LSMO]异质结构的有效磁各向异性被发现是一个数量级高于散装LSMO突出的界面磁交换相互作用的关键作用，在复杂的氧化物界面的磁各向异性调谐。
2020-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Exceeding 400% tunnel magnetoresistance at room temperature in epitaxial Fe/MgO/Fe(001) spin-valve-type magnetic tunnel junctions
通过调整各层的生长条件，结合溅射沉积Fe层，电子束蒸发MgO势垒和势垒界面调整，在外延Fe/MgO/Fe（001）交换偏置自旋阀磁性隧道结（MTJ）中展示了室温（RT）下417%和3 K下914%的巨隧道磁电阻（TMR）比。当这些层生长在高度（001）取向的Cr缓冲层上时，观察到作为MgO厚度的函数的具有约80%的大的峰谷差的清楚的TMR振荡。在|V| = 0.2~0.5 V时，在dI/dV（平行结构）中观察到了对称微分电导（dI/dV）谱。在3 K时，在dI/dV（平行结构）中出现了具有两个凹陷的精细结构，反映了Fe/MgO/Fe的高度相干隧穿。我们还观察到一个496%的TMR比在RT由2.24 nm厚的CoFe插入在底部的Fe/MgO界面。
2020-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Positive electron affinity of interfacial region in Polyethylene-MgO nanocomposite dielectric
聚合物基纳米复合材料有望成为未来几代高压电气绝缘的关键。然而，其性能背后的物理原理尚未被理解。在这里，我们研究了氧化镁-聚乙烯纳米复合材料的界面区域的电子性质。我们用密度泛函理论计算了MgO（100）和羟基化MgO（111）与聚乙烯界面的态密度。我们评估了硅基纳米粒子表面改性在电子水平上的作用，并提出了一个新的理论，在纳米复合材料中的电荷捕获。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Large perpendicular magnetic anisotropy in Ta/CoFeB/MgO on full coverage monolayer MoS2 and first principle study of its electronic structure
具有高居里温度的超导磁化自旋注入器是研制室温零磁场工作的二维材料自旋光电子器件的前提。在这里，我们报告的Ta/CoFeB/MgO结构的生长与一个大的垂直磁各向异性（PMA）的全覆盖单层（ML）二硫化钼。在CoFeB/MgO界面处获得了0.975mJ/m ~ 2的大的垂直界面各向异性能，与在磁性隧道结系统中观察到的相当。研究发现，在铁磁金属（FM）和二维材料之间插入MgO可以有效地阻止FM原子向二维材料中的扩散。此外，MoS 2 ML有利于MgO（001）织构，并对建立大PMA起关键作用。对类似Fe/MgO/MoS 2结构的第一性原理计算表明，MgO厚度可以改变MoS 2的能带结构，从7 ML-MgO的间接带隙改变为3 ML-MgO的直接带隙。Fe的邻近效应导致3 ML-MgO结构的价带在Γ点产生10 meV的分裂，而7 ML-MgO结构的邻近效应可以忽略不计。这些结果为在二维过渡金属二硫属化合物材料上开发RT自旋光电子器件奠定了基础。
2021-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Growth and spin-resolved photoelectron spectroscopy of the MgO/Fe(110) system
利用自旋分辨光电子能谱学、俄歇电子能谱和低能电子衍射研究了室温下在Fe（110）薄膜上外延生长的MgO层的电子和结构性质。Fe（110）薄膜费米能级处的自旋极化随MgO层厚度的增加而急剧下降，当MgO层厚度达到7 μ m时，Fe（110）薄膜的费米能级处的自旋极化随MgO层厚度的增加而急剧下降。这是由于在MgO（111）/Fe（110）界面处形成了一层薄的FeO层，从而减弱了本征自旋极化。
2004-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Spin orbit effects in CoFeB/MgO hetereostructures with heavy metal underlayers
我们研究了CoFeB/MgO异质结构中重金属（HM）底层的强自旋轨道耦合效应。研究了在CoFeB/MgO界面处的垂直磁各向异性、重金属层的自旋霍尔角、电流感生转矩和HM/CoFeB界面处的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用.我们展示了HM层的选择如何影响这些复杂的自旋轨道效应，这些效应出现在大体积和异质结构的界面处。
2016-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical spin injection into InGaAs/GaAs quantum wells: a comparison between MgO tunnel barriers grown by sputtering and molecular beam epitaxy methods
利用CoFeB/MgO自旋注入器实现了InGaAs/GaAs量子阱发光二极管的有效自旋注入。织构MgO隧道势垒层的制备采用溅射和分子束外延两种不同的工艺。两种方法的最大自旋注入效率相当。此外，退火的效果也研究了这两种类型的样品。两种样品显示出相同的趋势：随着退火温度的升高，电致发光圆偏振（Pc）增加，随后超过350°C退火，Pc饱和。由于Pc的增加开始低于整个CoFeB块体层的结晶温度，这种趋势可能主要是由于在顶部CoFeB/MgO界面的化学结构的改善。研究表明，CoFeB/MgO界面的控制对半导体的最佳自旋注入至关重要。
2020-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Electron doping and magnetic moment formation in N- and C-doped MgO
掺杂C和N的MgO中磁矩的形成是Hund耦合、杂化和Jahn-Teller畸变之间微妙相互作用的结果。这种平衡取决于许多环境变量，包括电子掺杂。我们调查这样的依赖性自相互作用校正的密度泛函理论，我们发现，时刻形成相对于电子掺杂是强大的。相比之下，掺杂剂周围的局部对称性更脆弱，并且可以稳定两种不同的几何形状。至关重要的是，磁矩总是极其局域化的，这使得任何载体介导的d^0磁体中的磁性图像都不太可能。
2009-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy at the Fe/MgAl$_2$O$_4$ interface: Comparative first-principles study with Fe/MgO
对Fe/MgAl $_2$ O $_4$界面磁晶各向异性进行了理论研究。该系统在界面处具有非常小的晶格失配，因此适合于实现用于磁性隧道结的完全相干的铁磁体/氧化物界面。在密度泛函理论的基础上，计算了界面各向异性常数$K_{\rm i}$，表明该体系具有与$K_{\rm i} \approx 1.2\,{\rm mJ/m^2}$的界面垂直磁各向异性（PMA），比Fe/MgO体系的PMA稍小（$K_{\rm i} \approx$ 1.5- 1.7 $\,{\rm mJ/m^2}$）。对自旋轨道相互作用的二阶微扰分析表明，Fe/MgAl $_2$ O $_4$和Fe/MgO之间的$K_{\rm i}$差异源于界面处自旋翻转散射项贡献的差异.我们认为在Fe/MgAl $_2$ O $_4$界面上插入钨层是获得大尺寸界面PMA与$K_{\rm i} \gtrsim 3\,{\rm mJ/m^2}$的一种很有前途的方法。
2018-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical spin injection in p-type Si using Fe/MgO contacts
我们报道了在室温下用外延MgO（001）隧道势垒和Fe（001）电极在p型Si中成功地电产生自旋极化。反射高能电子衍射观察表明，外延Fe/MgO（001）隧道接触可以生长在（2 × 1）重建的Si表面上，而隧道接触生长在（1 × 1）Si表面上的多晶。透射电子显微镜图像显示出更平坦的界面相比，多晶结构的外延Fe/MgO/Si。对于Fe/MgO/p-Si器件，在300 K时，采用三端结构，观察到了Hanle效应和反转Hanle效应，证明了Si在室温下可以诱导自旋极化.对于具有多晶和外延MgO隧道接触的样品，从Hanle曲线的宽度推导出的有效自旋寿命分别为95 +/-6ps和143 +/- 10 ps。观察到的差异可以定性地解释为局部磁场引起的较大粗糙度的界面的多晶样品。具有外延Fe/MgO隧道接触的样品显示出更高的自旋积累幅度，相对于偏置极性具有几乎对称的行为，而多晶MgO样品则表现出相当不对称的演变。这可能归因于外延Fe/MgO（001）隧道接触的更高程度的自旋极化，其充当自旋过滤器。我们的实验结果表明，外延MgO势垒有利于在Si中产生自旋。
2012-11-07 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of the very large Perpendicular Magnetic Anisotropy at Fe|MgO Interfaces
采用第一性原理计算研究了铁磁过渡金属与金属氧化物界面处的垂直磁各向异性。在这项工作中，非常大的PMA值高达3 erg/cm $^2$在Fe $|$ MgO界面的报道与最近的实验。PMA的起源归因于$p_z$和过渡金属$d_{z^2}$轨道与$d_{xz(yz)}$轨道的杂化之间的重叠，对于垂直磁化取向，在费米能级周围具有较强的自旋-轨道耦合诱导分裂。此外，它表明，PMA值减弱的情况下，过氧化或氧化不足时，氧$p_z$和过渡金属$d_{z^2}$轨道重叠的无序的强烈影响，与磁性隧道结中的实验观察。
2010-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio investigation of the interfacial structural, electronic, and magnetic properties of Co$_{2}$MnAl/X (X = MgO and GaAs) heterostructures
本文利用第一性原理计算系统研究了Co2MnAl/MgO和Co2MnAl/GaAs异质结构的界面稳定性、电子和磁性质，发现Co端接界面更稳定但呈金属性，而MnAl端接界面保持近半金属性，为自旋电子学器件优化提供理论指导。
2025-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Oxygen Vacancy Defects on Electronic and Optical Properties of $MgO$ Monolayers: First Principles Study
用密度泛函理论的混合水平研究了MgO（111）单分子膜中氧空位缺陷引起的光电性质。HSE计算表明，由于引入氧空位，MgO单层的电子带隙显着减少。原始单分子膜具有宽带隙（4.84 eV，间接）半导体行为，当氧空位缺陷浓度分别增加6.25%和12.5%时，带隙分别变为2.97 eV（间接）和2.28 eV（直接）。因此，氧空位的存在导致能量红移的观察到的光学现象与原始单层。最重要的是，具有两个连续空位的双空位系统显示出最强的光学吸收，并且在电磁波谱中从可见光到紫外区域的光谱范围内也变得光学响应。因此，在MgO单层中产生氧钒可能是获得合适的太阳能材料的富有成效的技术。
2022-04-19 cond-mat.mtrl-sci
IrCrMnZ (Z=Al, Ga, Si, Ge) Heusler alloys as electrode materials for MgO-based magnetic tunneling junctions: A first-principles study
从IrCrMnZ（Z=Al，Ga，Si，Ge）系统作为MgO基MTJ电极材料的应用角度出发，采用第一性原理计算对其进行了研究。这些材料具有部分占据$Δ_1$带的高自旋极化传导电子，这对于平行磁化配置中的相干隧穿是重要的。IrCrMnAl和IrCrMnGa的居里温度很高（1300 K以上），从平均场近似预测。研究了有序相对各种反位无序的稳定性。本文讨论了自旋轨道耦合对费米能级附近电子结构的影响。进一步研究了IrCrMnZ/MgO异质结沿（001）方向的电子结构。IrCrMnAl/MgO和IrCrMnGa/MgO即使在MgO界面处也保持半金属性，在少数自旋通道中的费米能级处或附近没有界面态。通过对平行磁化结构的弹道自旋输运性质的计算，报道了IrCrMnAl/MgO/IrCrMnAl和IrCrMnGa/MgO/IrCrMnGa的大多数自旋电导。我们建议IrCrMnAl/MgO/IrCrMnAl和IrCrMnGa/MgO/IrCrMnGa作为有前途的MTJ的隧穿磁电阻比的温度依赖性较弱，由于其非常高的居里温度。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermal spin-transfer in Fe-MgO-Fe tunnel junctions
采用第一性原理波函数匹配方法计算了Fe-MgO-Fe隧道结的热自旋转移矩。在室温下，具有3个MgO单层的结中的TST为10^-7 J/m^2/K，据估计，当势垒的温差超过10 K时，这将导致磁化反转。大的TST可以用界面态通过势垒的多次散射来解释。TST的角度依赖性可能非常偏斜，可能导致热致高频产生。
2011-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Spincaloric properties of epitaxial Co$_2$MnSi/MgO/Co$_2$MnSi magnetic tunnel junctions
用第一性原理计算研究了半金属Co $_2$ MnSi Heusler电极、MgO隧穿势垒和不同界面终端的外延磁性隧道结的电子输运和旋热性质。提出了一种新的方法spincaloric属性，绕过固有的线性响应近似的塞贝克系数和Sivan和Imry的方法相比。这种方法支持两个电极中的两个不同温度，并提供系统的精确电流和/或电压响应。此外，它占温度依赖的电极和有限偏压效应的化学势。我们发现，特别是前者是重要的获得定性正确的结果，即使化学势的变化很小。它示出了如何spincaloric属性可以定制的生长条件的选择。我们发现一个大的有效和自旋相关的Seebeck系数$-65$ $μ$ V/K在室温下的纯钴终止界面。我们建议在热操作的磁阻随机存取存储器模块，利用磁塞贝克效应，以最大限度地提高热致读出电压使用这样的接口。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
