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摘 要

如今，具有高自旋极化率的半金属材料以其独特的能带结构，接近百分之百的自旋极化率显示出其巨大的研究价值。尤其是作为亚铁磁性半金属Fe₃O₄，由于其很高的居里温度（858K），有着更为广泛的应用。磁电阻(MR)效应作为一个早就被人们所熟知的现象，指材料对磁场响应从而导致的电阻变化。其中Fe₃O₄的磁电阻(MR)依赖于其磁化强度(M)，而磁电阻直接与磁场之间的函数关系MR(H)则更有助于其应用。Eerenstein基于一维自旋无限链模型和微磁学方法，解释了Fe₃O₄薄膜中磁电阻与磁场的函数关系。为了避开复杂的数学计算过程，从而能够更方便地理解其中的物理机制，本课题将利用简单的磁畴转动模型来说明Fe₃O₄薄膜的磁电阻磁场依赖性。

关键词：磁畴转动模型 磁电阻效应 Fe₃O₄薄膜；

Study on Magnetoresistance Dependence of Fe₃O₄ Thin Film Based on Magnetic Domain Rotation Model

Abstract

Nowadays, semi-metallic materials with high spin polarizabilities show their great research value with their unique band structure, close to 100% spin polarization. Especially as ferromagnetized semi-metallic Fe3O4, due to its high Curie temperature (858K), has a more extensive application. Magnetoresistance (MR) effect as a long known phenomenon, refers to the material on the magnetic field response resulting in resistance changes. The magnetoresistance (MR) of Fe3O4 depends on its magnetization (M), and the MR (H) function of magnetoresistance directly with the magnetic field is more helpful for its application . Eerenstein explained the relation between magnetoresistance and magnetic field in Fe₃O₄ film,based on one-dimensional spin infinite chain model and micromagnetic method. In order to avoid the complicated mathematical calculation process and make it easier to understand the physical mechanism, a simple magnetic domain rotation model is used to explain the magnetoresistance and magnetic field dependence of Fe₃O₄ films.

Keywords: domain rotation model; magnetoresistance effect; Fe₃O₄ film;

目录

摘要 I

Abstract II

1.1引言 1

1.2磁电阻效应 1

1.2.1磁电阻定义 1

1.2.2 Kapitza经典线性磁电阻 2

1.2.3量子力学描述 2

1.3磁电阻的分类 4

1.3.1正常磁电阻（OMR） 4

1.3.2各向异性磁电阻（AMR） 5

1.3.3巨磁电阻（GMR） 6

1.3.4隧穿磁电阻（TMR） 8

1.3.5庞磁电阻（CMR） 8

1.4本章小结 9

参考文献 9

2.1理论方法 11

2.1.1磁畴理论 11

2.1.2磁晶各向异性能 11

2.1.3塞曼能 12

2.1.4磁畴转动理论 13

2.2实验方法 14

2.2.1溶胶凝胶法 14

2.2.2脉冲激光沉积（PLD） 14

2.2.3振动样品磁强计（VSM）原理 15

2.2.4 X射线衍射（XRD）原理 15

2.2.5四探针法测电阻 16

1.3本章小结 17

参考文献 17

第三章 磁畴转动模型下Fe₃O₄薄膜磁电阻磁场依赖性研究 19

3.1引言 19

3.1.1概论 19

3.1.2 Fe₃O₄的晶体结构 19

3.1.3 Fe₃O₄的电学结构 20

3.1.4 Fe₃O₄的磁学结构 20

3.1.5 Fe₃O₄磁电阻物理图像 21

3.2理论模型与讨论 21

3.2.1 理论推导 22

3.2.2理论解释 26

3.3实验验证 28

3.3.1垂直情况 29

3.3.2平行情况 29

3.4本章小结 30

参考文献 30

第四章 总结展望 32

致谢 33

第一章 绪论

1.1引言

Fe₃O₄作为一种亚铁磁性的半金属材料，由于其费米面理论上具有百分之百的自旋极化率，居里温度高于室温并且与半导体电导率匹配较好，很适合作为半导体器件的自旋注入源，也逐步成为自旋电子学领域的研讨热点[1]。本课题在相关研究基础上，通过理论推导及严谨的实验验证，利用磁畴转动模型探索Fe₃O₄薄膜磁电阻磁场依赖性，找出磁电阻MR与磁场H之间的函数方程，为Fe₃O₄薄膜在中器件中的应用提供理论依据。

1.2磁电阻效应

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