中文摘要：

层间原子扩散是影响巨磁电阻自旋阀、磁性隧道结稳定性的关键，左右着它们实用化的进程，纳米氧化层对原子扩散的阻挡作用已得到国际上的初步证实，我们对此有进一步的发展。本项目在"铁磁／反铁磁"交换偏置系统中引入纳米氧化层，通过对纳米氧化层中多种难易氧化原子的调整，以及纳米氧化层的厚度与位置的改变，深刻阐明扩散阻挡势垒与纳米氧化层的微结构之间的关系及原子迁移方向对不同化学势的依赖，同时，深入研究纳米氧化层本身的磁性，尤其是磁原子被氧化后由于近邻交换作用表现的不同于普通氧化物薄膜的磁性特征，澄清反铁磁层通过纳米氧化层对被钉扎层的交换偏置得以实现的物理根源；进一步，本项目还将发展一种全新的纳米氧化层，即非晶磁性材料纳米氧化层，研究原子扩散与交换偏置由于非晶铁磁层界面而引发的新特点及机理；最终设计原子扩散最低与交换偏置最优的组合，提高自旋阀与磁性隧道结材料的稳定性。

结论摘要：

抑制反铁磁钉扎层的Mn原子扩散同时提高其钉扎作用是目前磁电子材料研究的最重要议题之一。我们发现超薄的Co0.6Fe0.4层插入Ir-Mn钉扎体系的界面可使交换偏置场增大两倍，且由Co0.6Fe0.4超薄被钉扎层自然氧化所形成的纳米氧化层可以同时实现大交换偏置作用的直接传递、Mn原子扩散的有效阻挡以及对自旋极化电子的强烈反射；进一步，我们发现了具有纳米氧化层的自旋阀的磁、电特性随Ir-Mn钉扎层成分变化的新规律，并确定了Co0.9Fe0.1纳米氧化层阻挡Mn原子扩散的最大限度；另外，通过界面反铁磁原子的部分替换，我们将交换偏置系统Cr0.5Pt0.5/Co0.9Fe0.1的钉扎作用强度提高到原来的4倍，比有序相PtMn反铁磁的钉扎作用大50％，同时保持该体系的极高稳定性。除此以外，利用Pt的强自旋－轨道相互作用和Pt基多层膜的界面垂直各向异性，我们在磁性金属多层膜中使霍耳效应的磁场灵敏度增大了数十倍，首次超过半导体霍耳器件的灵敏度。