刘兴军,王正伟,许伟伟,韩佳甲,王翠萍

(厦门大学材料学院,福建 厦门 361005)

自旋电子学是一门以研究电子的自旋极化输运特性以及基于这些特性设计、开发新型电子器件为主要内容的交叉学科.它在信息存储领域具有广阔的应用前景,因而受到学术界和工业界的广泛关注[1].目前自旋电子学所遇到的关键问题之一是如何高效地将自旋电流从铁磁性材料注入到半导体材料之中.而半金属Heusler合金因具有独特的电子结构,即一种自旋方向的能带呈现金属性,另一种自旋方向的能带呈现半导体性,从而使得费米能级附近的传输电子的自旋极化率为100%,被认为是理想的半导体自旋电流注入源[2].另外,Heusler合金还具有较高的居里温度、较大的磁矩,而且它们与广泛应用的闪锌矿结构二元半导体有着相似的晶体结构[3-4].

早在20世纪80年代,de Groot等[5]便预测出半Heusler合金MnNiSb具有半金属性.不久,Kübler等[6]预测出全Heusler合金Co2MnSn和Co2MnAl也具有半金属性.在随后的基于密度泛函理论的研究中,一些Mn-基[4,7]、Fe-基[8-9]、Ru-基[10-11]、V-基[12]、Co-基[13-14]、Cr基[15-16]Heusler合金也被预测出具有半金属性.基于这些理论研究,研究者开始围绕着Heusler合金的磁性以及输运性能开展大量的实验研究,一些Heusler合金现已成功地应用于自旋电子器件中.例如,Co2MnGe应用于电流垂直平面巨磁阻自旋阀中的铁磁层材料[17],Co2VAl也应用于隧穿磁阻结[18-19].

近年来,研究人员发现一些Sc基Heusler合金也具有半金属性[20-21].据报道,Hg2CuTi结构的Sc2CrZ (Z=Si,Ge,Sn) Heusler合金半金属性的产生主要是由于3d过渡金属Sc和Cr原子的d态……