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关键词： 贝尔不等式   非局域   自旋相干态   Berry相位   PT对称  

摘要： 量子纠缠是量子信息和量子计算的重要组成部分,贝尔不等式在量子纠缠中扮演着十分重要的角色。人们一般认为存在两种类型的非局域性,一类是量子态的相位效应,例如Aharonov–Bohm相位和Berry相位。另一类是纠缠态对贝尔不等式的违反。如何确定两者之间的关系是一个长期存在的问题。本论文提供了将贝尔不等式的违反与几何相位联系起来的例子。贝尔不等式是否违反与量子概率有关,这主要取决于量子相干特性。另外,本研究为实现自旋宇称效应的实验演示提供了理论基础。本论文基于粒子数关联概率表示方法、自旋相干态量子概率统计的方法讨论了各种贝尔类型不等式及其违反。并且研究了PT对称非厄米系统中的Berry相位。主要研究工作如下: 贝尔不等式的实验检验主要集中于CHSH不等式形式,CHSH不等式提供了一个定量的界限。然而,对于Wigner不等式的违反却很少引起研究者的关注。基于自旋相干态量子概率统计方法,第二章扩展了Wigner不等式和它的违反,使其适用于任意两粒子反平行和平行自旋极化纠缠态。密度算符的局域项产生了Wigner不等式,而纠缠态的两个组成部分之间的非局域干涉的直接结果是违反了Wigner不等式。Wigner测量结果关联用W表示:对于任意系数的纠缠态,在局域实在模型时W总是小于等于0(Wlc≤0);另一方面Wigner不等式的违反表现特征为W取正值,有最大违反界限Wmax=1/2。因此得出结论:Wigner不等式与CHSH不等式一样,有利于量子纠缠违反的实验检测。 原来的贝尔不等式适用于两粒子自旋单态,对于平行自旋极化纠缠态而言,原来的贝尔不等式需要修正。基于粒子数关联的经典统计,第三章证明了扩展的贝尔不等式,它对于两粒子平行和反平行自旋极化纠缠态都有效。基于自旋相干态量子概率统计和态密度算符,贝尔不等式及其违反可以用一种统一的形式表示划分为局域项和非局域项。局域项产生了贝尔不等式,它的违反是纠缠态两部分之间的非局域量子干涉的直接结果。贝尔测量结果关联用BP表示,不管纠缠态的叠加系数如何,它在局域实在模型时总是小于等于1(BPlc≤1)。在考虑非局域量子干涉的情况下,贝尔不等式的最大违反发现为BPma x（28）2取决于态参数和三个测量方向。研究结果也适用于纠缠光子对。 在第四章中,依据量子概率统计,贝尔不等式及其违反被扩展到自旋为s平行和反平行自旋极化纠缠的薛定谔猫态（也叫做贝尔猫态）。除了自旋1/2以外,贝尔猫态的测量结果包含在整个希尔伯特空间内,它永远不会违反贝尔不等式。另一方面,如果测量结果被限制在自旋相干态的子空间内,一个普适的贝尔类型不等式在局域实在模型中被表示为pslc≤0。研究观察到一个自旋宇称效应:普适的贝尔类型不等式仅仅在半整数自旋而非整数自旋的贝尔猫态时违反。普适的贝尔类型不等式的违反被认为是半整数自旋时南北极规范的自旋相干态之间非凡的Berry相位的直接结果,而这个几何相位对于整数自旋而言是微不足道的。普适的贝尔类型不等式的最大违反界限被发现是psma x（28）1,对于任意半整数自旋s纠缠态而言,这个最大违反值都是有效的。 第五章提出了一个广义贝尔类型不等式,使其适用于多粒子任意自旋s纠缠的薛定谔猫态。基于量子概率统计,广义贝尔类型不等式及其违反借助于态密度算符用一种统一的形式表述出来。态密度算符分为局域项和非局域项,局域项产生不等式,非局域项导致不等式的违反。除了自旋1/2以外的其他自旋s时,在量子平均时广义贝尔类型不等式完全不违反。如果测量结果被限制在自旋相干态的子空间内,也就是仅仅只有最大自旋值±s,对于不完备的测量,广义贝尔类型不等式仍然是有意义的。借助于自旋相干态量子概率统计,证明了广义贝尔类型不等式的违反仅仅发生在半整数自旋而非整数自旋。此外,最大违反界限取决于纠缠粒子的奇偶数:奇粒子数时最大违反值为1/2;偶粒子数时最大违反值为1。 第六章研究了由周期驱动SU（1,1）生成元构成的PT对称非厄米哈密顿量的时间演化。采用非厄米不变量算符求解薛定谔方程,因为含时的哈密顿量不再是守恒量。因此提出了一个方案:构造具有着PT对称非幺正变换算符的非厄米不变量。不变量及其复共轭的本征态形成一个双正交基来表示精确解。接着得到非绝热Berry相,在缓慢时变极限下变为绝热Berry相。非绝热的Hannay角与Berry相位精确地满足量子经典对应关系。结果表明,该模型可以通过周期驱动的振荡器来实现。

关键词： 光催化反应   激子能量传递   二氧化钛   碳纳米管   多体格林函数理论  

摘要： 随着人类社会的发展,全球变暖和能源危机已经成为我们急需解决的两大问题。人们想要寻找一种清洁可再生的能源来缓解日趋减少的化石燃料压力,太阳能因其具有这种特点得到了广泛地发展和利用。自从Fujishima和Honda两位教授首次发现二氧化钛(TiO2)单晶光催化分解水(H2O)产生氢气和氧气这一现象,利用半导体光催化将太阳能转化为其他可储存利用的能量吸引了越来越多的关注。TiO2因其高效、无毒、丰度高、化学稳定性高等优点,成为了最广泛应用的光催化剂。我们的模拟主要应用先进的多体格林函数理论方法,包括能够准确计算电子结构的GW方法和准确计算激发态性质的Bethe-Salpeter equation(BSE)。以下是本文的主要研究内容:一、板钛矿被认为是TiO2的一种活性相,在一些光催化反应中表现出了比锐钛矿和金红石更优越的活性。然而,对其电子性质以及缺陷的关键作用的研究和认识仍然很少。运用从头算多体格林函数理论,我们探究了板钛矿体相和其(210)表面中缺陷的准粒子结构,包括氧空位、钛填隙和羟基化。发现极化子可以产生一个深缺陷带和一个浅缺陷带,它们分别位于导带底以下约0.7和0.3 eV。在体相板钛矿中,氧空位只能产生一个低于导带底1.1 eV的深缺陷态,其由Ti 3d轨道之间形成的σ键诱导产生。这些特征与锐钛矿和金红石TiO2中的截然不同。我们还发现将羟基引入体相板钛矿中会使TiO2的带隙变窄至少0.4 eV,这可能有助于增强其对可见光的吸收。二、锐钛矿TiO2催化二氧化碳(CO2)光还原为有机分子已经引起了人们的极大关注,而其反应机理尚不清楚。一般认为,氧化还原反应是在激子解离后发生的,以前的研究仅仅考虑了孤立的光电子在还原反应中的作用。我们的第一性原理计算表明,界面电荷转移激子可能在还原反应中起关键作用。界面电荷转移激子不仅将之前提出的双电子过程(CO2→HCOOH和HCOOH→HCO)简化为单电子过程,而且大大降低了此前预测的难以克服的反应势垒。关键中间体自由基CO·-的稳定性也在激子的帮助下显著提高。更重要的是,我们发现CO2还原为HCOO-后剩下的空穴能够以极低的势垒促进H2O在桥接氧原子上的解离和氧化,这不仅为还原反应及时地提供质子,而且还导致了桥接氧空位的产生。这个氧空位可能成为H2O进一步解离或者CO2还原为CO的活性位点。我们的工作证明,在设计CO2还原的光催化剂时可能需要注意激子解离前的作用。三、单原子催化剂因其独特的活性位点和高的金属利用率等优点得到了广泛应用。我们模拟了单原子Cu在锐钛矿TiO2(101)表面不同的负载方式对CO2还原机理的影响。发现不同的负载方式拥有不同的电子结构,这些独特的电子结构和独特的Cu位点共同导致了 CO2吸附和还原路径的不同。其中Cu与两个桥接氧原子相连时(Cu/Obr体系)显示Cu1+价态,其在带隙中产生的靠近导带底的缺陷态稳定住了 CO2·-,使其倾向于生成HCOOH。对于Cu负载于氧空位的Cu/Ov体系在导带底存在极化子态,大大促进了CO2的解离和CO的生成。而当Cu替代表面一个五配位Ti时(Cu/Tiv体系),此结构中的Cu2+并不具有催化活性,即使引入了氧空位,弯曲CO2仍然不容易在此体系上生成。因此,Cu原子不同的负载方式将会使光催化CO2还原具有高度的选择性以及不同的效率。四、为了理解多相光催化的基本原理,人们对甲醇(CH3OH)在TiO2上的光氧化反应进行了广泛的研究。其中光生空穴的作用以及反应的能垒仍然存在争议。我们研究了金红石TiO2(110)表面CH3OH光氧化反应路径中激子的演变过程。解释了从CH3O到CH2O转换过程中,最终产物产生的Ti 3d缺陷态在降低势垒(约1.3 eV)和稳定产物方面的关键作用。随着氢从CH3O向TiO2转移,空穴逐渐从TiO2价带边缘的O 2p轨道向导带底附近的Ti 3d轨道迁移,并以带隙内空穴态局域在吸附物上作为桥接。我们发现空穴是否最初被反应物CH3O捕获不是CH3O发生氧化的关键,在光催化中空穴捕获可能只是发生在反应过程中的一个事件。此研究阐述的缺陷态的关键作用为理解金属氧化物表面的光化学反应提供了新的见解。五、单壁碳纳米管(single-walledcarbon nanotubes,SWCNTs)和有机分子之间以及SWCNTs之间的激发态能量转移(excitation energy transfer,EET)在实验中得到了广泛研究。基于多体格林函数理论的第一性原理计算表明,F(?)rster偶极-偶极耦合近似不适用于SWCNTs的EET,而更高的多极相互作用扮演着重要角色。这意味着,与SWCNTs的暗激子相关的供体-受体电子耦合有时可能比与亮激子相关的耦合强几个数量级,因此,暗激子可能主导着其EET。这与一般认为EET是

关键词： 拓扑材料   弱局域化效应   朗道能级  

摘要： 在高能物理领域中的许多基本粒子都能在固体物理中找到对应的准粒子,像狄拉克费米子、外尔费米子等,这些准粒子也是近些年发现的诸多拓扑现象里的重要概念。此外,由于固体系统对对称性的要求比高能物理低,许多高能物理不允许存在的新费米子可以存在于固体系统中,比如第二类外尔费米子、双外尔费米子以及自旋为1手性费米子等。无序破坏了晶格的平移对称性,在固体的输运性质中扮演着重要的角色。强的无序会引起安德森局域化,使导体转换成绝缘体,弱的无序会引起弱局域化或弱反局域化,修正低温下的Drude电导。弱(反)局域化与电子的贝里相位、维度、杂质类型有关。这为从输运数据上分析杂质势一些参数以及材料的拓扑性质提供了方法。本文从量子相干输运的角度研究了最近在理论上被预言的自旋为1手性费米子。论文组织如下:论文的第一章讲述了整个研究的背景,首先介绍了拓扑的一些基本概念,如贝里相位、陈数等。之后介绍了拓扑绝缘体,外尔半金属,狄拉克半金属等拓扑材料的历史以及研究进展,最后介绍了最近几年预言存在于过渡金属硅化物CoSi、RhSi、RhGe等的一种自旋为1的新型费米子。第二章介绍了弱(反)局域化效应的历史背景,基本原理以及最近在拓扑材料研究中的一些应用。第三章按照标准的费曼图方法给出了自旋为1手性费米子的弱局域化电导以及磁导公式,讨论了贝里相位的影响。这里我们考虑了一个各向同性的杂质势,同时包含了谷内散射和谷间散射。我们发现仅有谷内散射存在时,相干背散射和非相干背散射的量子相干电导修正恰好相互抵消,谷间散射的存在对量子相干电导修正起主要影响。第四章为了进一步验证相干背散射和非相干背散射的贡献相互抵消是否是因为各向同性的模型的特殊性,我们选了一个有微小各向异性的杂质势重新计算了该自旋为1手性费米子的量子相干电导。第五章我们计算了这个自旋为1手性费米子的朗道能级以及手征反常导致的磁导。第六章是论文的总结和展望。

关键词： γ′-Fe4N   柔性自旋阀   磁性   磁电阻   弯曲应变  

摘要： 由于具有高居里温度、高饱和磁化强度、高自旋极化率和大磁致伸缩系数,γ′-FeN在自旋电子器件中存在重要的应用价值。作为自旋电子学的新兴分支,柔性自旋电子学不仅具备传统自旋电子学利用电子自旋的优点,还为自旋电子学与机械性能之间的耦合搭建了桥梁。柔性自旋阀作为柔性自旋电子器件的重要组成部分,是柔性自旋电子学领域的研究热点之一。迄今为止,基于γ′-FeN薄膜的柔性自旋阀还未被研究。本论文利用对向靶磁控溅射法制备了Co/Cu/γ′-FeN/云母柔性自旋阀,系统地研究了Co/Cu/γ′-FeN/云母柔性自旋阀的磁性和电输运特性及应变调控,为γ′-FeN薄膜在柔性自旋电子器件中的应用提供了实验依据。本论文的主要内容如下:由于铁磁性Co和γ′-FeN薄膜之间存在相反的自旋散射不对称性系数,Co/Cu/γ′-FeN/云母柔性自旋阀的磁电阻为负。随着Co薄膜厚度的减小,柔性自旋阀的磁电阻由负变为正。正磁电阻一方面来源于Co/Cu界面自旋散射不对称性系数的改变,另一方面可能与Co和γ′-FeN薄膜之间的非共线初始磁化构型相关。Co/Cu/γ′-FeN/云母柔性自旋阀的磁电阻来源于各向异性磁电阻和巨磁电阻。各向异性磁电阻与Co薄膜的厚度相关,随着Co薄膜厚度的减小,界面散射增强,Co(2.4)/Cu(7.5)/γ′-FeN(7.9)/云母柔性自旋阀的各向异性磁电阻消失。Co/Cu/γ′-FeN/云母柔性自旋阀的磁滞曲线表明,在磁场变化过程中Co和γ′-FeN薄膜的磁化强度方向分步翻转,γ′-FeN薄膜的磁化强度方向优先于Co薄膜发生翻转。弯曲应变可以有效地调控Co/Cu/γ′-FeN/云母柔性自旋阀的磁性和磁电阻。在弯曲应变下,Co(4.8)/Cu(7.5)/γ′-FeN(7.9)/云母和Co(4.8)/Cu(7.5)/γ′-FeN(11.0)/云母柔性自旋阀的面内磁滞曲线分别表现出机械鲁棒性和机械可调性。重复弯曲100次和连续弯曲60小时后,柔性自旋阀的磁性稳定,表明Co/Cu/γ′-FeN/云母柔性自旋阀的机械性能稳定。与未弯曲状态下的磁电阻相比,在曲率半径为7 mm的拉应变下,Co(4.8)/Cu(7.5)/γ′-FeN(7.9)/云母和Co(4.8)/Cu(7.5)/γ′-FeN(11.0)/云母柔性自旋阀的磁电阻分别提高了14%和49%。

关键词： 自旋轨道力矩   自旋霍尔效应   自旋泵浦   侧跳散射   二次谐波霍尔电压测试法  

摘要： 自旋电子学领域最近引起了极大的关注,因为它能够在缩小技术规模的同时,解决当前电子电路中功率耗散增加的问题。基于自旋电子学的结构利用电子的自旋自由度,使其具有零待机泄漏、低功耗、良好的读写性能、非易失性,以及与当前基于CMOS技术的电子电路易于三维集成的特点。所有这些优势推动了在存储单元中使用自旋电子器件的积极研究活动,也改变了未来内存中处理架构的概念。本文对用于新型磁随机存储器(magnetic random access memory,MRAM)的自旋轨道力矩(spin orbit torque,SOT)效应进行探索,着重研究了自旋轨道力矩器件的制备工艺和测试方法,并探索用于自旋轨道力矩器件巨自旋霍尔材料。首先,从SOT的基本理论出发,理解了SOT引起的磁化动力学、SOT的微观来源以及SOT的测试方法。SOT就是自旋电流与磁化矢量之间角动量的传递。而自旋流的产生来源于两种物理机制:非磁性层的自旋霍尔效应和非磁性层/磁性层界面的逆自旋电偶效应。其次,通过推导谐波霍尔电压分析法测试器件自旋轨道力矩大小的理论公式,搭建了二次谐波霍尔电压测试系统,并研究了具有垂直各向异性的SOT器件的制备工艺,通过测试出的二次谐波霍尔电压曲线与理论公式的比较,验证的测试系统的正确性。最后,研究了用于SOT-MRAM的自旋霍尔材料,通过磁控溅射镀膜系统制备了具有巨大自旋霍效应的新型Pt(TiO)纳米复合材料,并通过自旋泵浦效应和逆自旋霍尔效应评估了Pt(TiO)的自旋霍尔角,最终得到的自旋霍尔角可以达到1.6,相对于纯Pt提高了一个数量级。通过二次谐波霍尔电压法和电流诱导的磁化翻转测试研究了Pt(TiO)纳米复合材料在Pt(TiO)/Co/Pt器件中SOT效应。二次谐波霍尔电压测试结果与自旋霍尔角评估的结果一致,并且Pt(TiO)/Co/Pt的临界磁化翻转电流密度低至2.5×10A/cm,相对于纯Pt降低了一个数量级。巨大的自旋霍尔角、低的电阻率以及与半导体工艺良好的兼容使Pt(TiO)在SOT-MRAM器件上有良好应用前景。之后通过自旋霍尔效应外禀机制的物理公式分析了Pt(TiO)中巨大自旋霍尔效应的来源,Pt(TiO)中巨大的自旋霍尔效应来源于Pt中TiO杂质引起的侧跳机制的增强。

关键词： 表象积累   思维能力   培养策略  

摘要： 提高学生的独立思维能力是现今小学教学最重要的环节之一。而思维能力的提高离不开表象积累，要想达到提高学生的思维能力这一目标就必须摒弃传统的教学思想，创新教学内容。同时，小学阶段的学生抽象思维能力并没有显现出来，所以，在数学课堂中，发挥表象积累的作用非常有必要，而且对取得良好的数学成绩很大的帮助。基于此，本文首先分析了表现积累的特点，其次对于学生思维能力的培养策略进行了探析，希望能对相关教师提供参考意见。

关键词： 中小投资者   投资者保护   公平基金   先行赔付  

摘要： 在券商破产情况下,美国证券投资者保护公司通过提供资金,保障投资者客户财产迅速返还,为中小投资者提供额外保证金保护,从而为低迷的美国证券市场注入信心。但随着券商破产规模扩大和群体性破产现象频发,美国证券投资者保护公司面临诸多压力,矛盾焦点集中在如何平衡好提高清算程序效率和尽可能公平地对待投资者之间的关系。文章系统梳理美国证券投资者保护公司的基本情况,以4个知名案例阐释证券投资者保护公司面临的挑战,并对投资者保护公司制度的合法性与合理性进行评析。

关键词： 氮空位色心   磁传感   温度噪声抑制   共模相消  

摘要： 磁场测量在深海探测,地质勘察,生物医药等领域具有广泛的应用,同时面临着高精度高灵敏度的需求。近年来量子技术的经典理论推动了通信、计算、导航等技术的革新,赋予了物理量传感测量极限突破的可能。传统气态原子磁传感具有较高的灵敏度但是其难以微型化,而固态原子自旋磁传感兼顾高精度和微型化的优势,成为原子自旋超高精度传感技术微型化、集成化工程应用发展的主要趋势。目前,固态原子自旋磁传感精度已经达到1p T量级,但是由于金刚石氮空位色心的温度依赖性,在磁传感时存在温度噪声,导致精度难以提升。因此本文提出了一种基于微波双路调制解调方法的高灵敏固态原子自旋磁传感方法,降低温度对固态原子自旋磁传感的影响。本文首先介绍了金刚石氮空位色心磁传感的研究现状与金刚石氮空位色心温度噪声研究情况。并基于哈密顿方程,建立金刚石氮空位磁传感模型,对金刚石氮空位结构磁传感机理进行了研究,介绍了光探测磁共振技术,可用于提取金刚石氮空位结构中电子自旋状态。其次,基于磁场和温度所引起能级漂移特性,提出一种双路磁传感方法,通过两个自旋信息之间的反馈,在磁传感的同时实现了温度噪声的差分相消。并针对该方法设计了双路系统方案,通过施加不同频率的调制信号对微波进行频率调制,对红光信号分别解调后,实现两个自旋态的分离。采用PID锁频技术,实现对其中一个自旋态的锁定,并将其漂移量负反馈至另一个自旋态,实现温度噪声的共模相消。最终,搭建了双路测试平台,分别对微波天线,自旋态的分离和同步环节进行了测试。并对调制参数进行优化,使两个解调曲线斜率趋于一致。通过对双路磁传感系统测试发现磁传感灵敏度由0.64m V/n T提升到1.24m V/n T,相较于单路磁传感系统灵敏度提高1.93倍,散粒噪声极限为13.05 p T/Hz。另外,使用无磁加热芯片使金刚石表面温度由25℃升高至50℃时,温度噪声抑制效果提高了11.09倍。本文针对氮空位原子自旋磁传感中存在温度噪声的问题开展的探索与工作,所研究的基于微波双路调制解调的高灵敏固态原子自旋磁传感方法,可以抑制磁传感系统中的温度噪声,有助于推动固态原子传感器件传感精度的进一步提高。

关键词： 动作表象   动作练习   初级运动皮层   动作诱发电位   配对联合刺激   经颅磁刺激  

摘要： 目的：两个刺激间间隔为25 ms的配对联合刺激(PAS25)能够诱发初级运动皮层发生类似长时程增强(LTP)的突触可塑性变化，且激活的皮层内环路与运动学习激活的皮层内环路相同，基于此，本研究尝试探讨动作表象(MI)和动作练习(MP)等运动学习方案是否能够有效增强或减弱随后PAS25诱发的类似LTP效应，以及皮层内抑制环路在运动皮层类似LTP效应调节过程中作用。方法：选取12名健康的大学生作为研究对象，以PAS25作为运动皮层类似LTP效应的诱发方案，以MI和MP作为运动学习方案，采用经颅磁刺激技术分别测量单独PAS25,MI结合紧跟着PAS25(MI-PAS25),MP结合紧跟着PAS25(MP-PAS25)干预前，干预后即刻、20、40、60分钟的动作诱发电位(MEP)、短时程皮层内抑制(SICI)和长时程皮层内抑制(LICI)的变化。结果：右手拇短展肌测量结果表明，与单独PAS25相比，MI-PAS25干预后即刻、20、40、60分钟时MEP显著增强，MP-PAS25干预后即刻、20分钟时MEP显著降低。MI-PAS25方案干预后20分钟时SICI显著小于MP-PAS25方案，而两者在LICI上没有差异性。右手第一桡侧骨间肌测量结果表明，MEP、SICI、LICI在所有方案间均没有差异性。结论：MI增强了随后PAS25诱发的运动皮层类似LTP效应，而MP则阻碍了随后PAS25诱发的运动皮层类似LTP效应。MI和MP对随后PAS25诱发的类似LTP效应调节的差异性与SICI密切相关。

关键词： 钙钛矿氧化物   自旋电子学   垂直磁各向异性   磁随机存储器  

摘要： 近年来,随着自旋电子学器件在信息存储领域的实际应用,其构造和调控引起科学界愈发广泛的关注。氧化物插入层作为一种重要的调控手段,在自旋电子器件的垂直磁各向异性、电输运等性能的调控方面发挥着重要的作用,因此,为自旋电子器件寻找有效、稳定且能够可逆输入输出的氧离子源成为人们研究的焦点。目前,学界已经实现的能够调控自旋电子器性能的主要方式包括:1)利用材料的压电性质产生的应力,利用电场调控应力从而调节垂直磁各向异性;2)利用超薄的氧化物作为衬底层或覆盖层调节器件的磁性;3)利用电场调节界面化学性质的方式调控铁磁性。通过这些方法,科学家们初步实现了对自旋电子器件性能的调控,对自旋电子学的进一步发展起到了重要作用。尽管学界已经实现利用功能性氧化物性质和外加电场的方式调控自旋电子器件,但是在技术上调控的幅度和可逆性等仍待进一步完善,在实验中许多新奇的物理现象有待发现,在原理上更有众多蕴藏的物理机制尚待澄清。因此,本论文以基于氧化物插层的电场调控为核心,采用非晶氧化物插层、外延晶格应力、电场调控界面氧离子浓度等三种方式,对垂直磁各向异性、反常霍尔效应、自旋轨道矩等物理效应进行调控研究,探索氧化物插层调控自旋电子器件的物理本质。论文取得的主要创新性成果包括:(1)利用非晶的CaTiO3和BaTiO3作为界面氧化物插层,对异质结CaTiO3/Co/Pt和BaTiO3/Co/Pt中Co层的垂直磁各向异性进行了调节。针对CaTiO3和BaTiO3的生长条件进行了大量的实验,优化了生长工艺,实现了通过插入超薄(约5nm左右)非晶氧化物层,利用氧化物层的氧离子与Co的轨道杂化,增强Co层的垂直磁各向异性。其中,插入非晶CaTiO3(5 nm)的样品,对比于直接生长在SrTiO3衬底上的样品,在50 K温度下,其垂直磁各向异性能提高约7倍,矫顽场增大约150 Oe。该方法应该具有普适性,即我们的工艺还可以被用来实现在其他功能氧化物上增强Co层的垂直磁各向异性。(2)利用外加电场对生长在铁电材料PbTiO3上Co/Pt双层膜的磁性和磁化翻转过程进行调控。在钙钛矿衬底SrTiO3上制备了具有垂直磁各向异性的PbTiO3/Co/Pt霍尔巴器件。在PbTiO3上施加垂直薄膜表面方向的电场,利用其极化电场在靠近Co一侧产生氧离子迁移,实现对霍尔巴器件的磁翻转场、磁畴壁运动和电流驱动磁化翻转过程的可逆调控。通过控制输入端的电场极化方向,可以在输出端控制矫顽场的大小,50 K温度时可以在550-750 Oe范围内调控器件的矫顽场。(3)实现了超四方PbTiO3薄膜的可控生长,其结构参数可以通过调整生长条件(例如温度和氧气压力)来实现具体定制。PbTiO3薄膜的c轴(垂直于薄膜表面方向)晶格参数高达4.71 (?),c/a比为1.2。目前国内外仅有三个课题组能实现该结构的可控生长。我们对该超四方相的微观结构进行了表征,发现其为自组装的纳米柱结构,由铅过量相和PbTiO3超四方相拼接而成,每一块方形的PbTiO3区域均为纳米级尺寸并均匀分散在铅过量相中。通过该组织的结构系数(c/a=1.2),我们估算了该结构的极化强度大约为177μC cm-2,并在压电力显微镜(PFM)下观测到其自发极化。这项工作结合我们前面在PbTiO3上实现的电场调控的工作,为设计利用铁电薄膜调控的非易失自旋逻辑器件提供了理论和材料基础。并且其自发形成自组装纳米结构,不受单晶衬底的外延应力限制,可以在其他类型衬底中实现,有利于工业集成。