Abstract
巨磁阻與穿遂磁阻薄膜由於其在磁性記憶體與硬碟讀寫頭上的應用，近來已被廣泛的研究。本篇論文著重於研究當奈米氧化層導入於巨磁阻與穿遂磁阻薄膜結構時，其對膜層間耦合作用力與自旋傳輸現象之影響。因此本論文之研究主題可分為兩個部分：第一個主題將著重於研究在(鐵磁層/奈米氧化層/鐵磁層)系統中的交互耦合作用力。當插入奈米氧化層於自旋閥結構中的被固定層時，可發現其鐵磁層間之交互作用力會因奈米氧化層之氧化製程或材料種類的不同而有所改變。當使用自然氧化法所製備的奈米氧化層插入於被固定層中間時,緊鄰於奈米氧化層上下之兩鐵磁層間會產生一鐵磁交互作用力，進而使得兩層鐵磁層的磁化方向都被反鐵磁層所固定。其產生的機制主要是因為在自然氧化的奈米氧化層中存在著許多的磁性通道進而傳達鐵磁交互作用於上下兩鐵磁薄膜間。當使用電漿氧化法製備奈米氧化層時，會因奈米氧化層的材質不同而產生兩種截然不同的膜層間交互作用力。當使用電漿氧化法製備之奈米氧化鈷或氧化鐵鈷層時，我們發現這一致密的氧化層將隔絕兩層鐵磁層間的任何交互作用力。另一方面，當我們改用電漿氧化法製備的奈米鎳鐵氧化層插入於被固定層中間時，緊鄰於奈米鎳鐵氧化層的上下兩鐵磁層間將產生一特殊垂直式交互耦合現象。此垂直式交互耦合現象產生的理由主要是因為鎳鐵氧化層是以一『類自旋玻璃』的型態存在。此類自旋玻璃的奈米鎳鐵氧化層將與反鐵磁層與鐵磁固定層組合成一(反鐵磁層/鐵磁固定層/類自旋玻璃)之人工反鐵磁層。此人工反鐵磁層上之自旋電子將會沿著鐵磁固定層之磁化方向做一連續的翻轉，進而形成一『完全抵銷自旋電子界面』。根據理論計算，當一鐵磁層與一具有完全抵銷自旋電子界面之反鐵磁層耦合時，會使得鐵磁層之磁化方向沿著反鐵磁層的自旋電子方向呈現九十度的排列。因此我們的實驗結果與此理論計算可說是完全吻合。更進一步的，我們可以利用溫度與磁性層厚度的控制來調節此人工反鐵磁層上的自旋電子的排列狀態。藉由溫度與冷卻場的控制，我們可調變此人工反鐵層從一『完全抵銷自旋電子界面』轉換成一『未抵銷自旋電子界面』的狀態。此一可轉換自旋電子介面的人工反鐵磁層將有助於我們對於交換異向性之物理有更一進步的瞭解與探討。此外我們也發現，藉由控制結構中反鐵磁層厚度可以使我們進一步增強人工反鐵磁層對於鐵磁層的垂直交互耦合之強度。此一現象主要歸因於當我們改變反鐵磁層厚度時，會進一步影響反鐵磁層介面上交換路徑的分佈，進而改變此垂直交互耦合之強度。