一、实验室简介 - iphy.ac.cnmaglab.iphy.ac.cn/uploadfile/2015/0605/20150605065330525.pdf ·...

目录

一、实验室简介………………………………………………….………………………….. 1

1.实验室概况……………………………………………….…………………………... 1

2.人员组成………………………………………………………………………………………… 2

3.学术委员会……………………………………………….…………………………... 3

二、科学研究与成果简介………………………………………………………………….. 5

1.课题组研究工作进展情况……………………………………………………………………… 5

M02:自旋电子学材料、物理和器件.………………………………………………..…..…..….. 5

M03:磁性金属氧化物/化合物量子序调控及相关效应研究…………..….………………...... 21

M04:磁性纳米结构与飞秒磁性…………………..…………...…………...…………………... 34

M05:金属磁性功能材料……………………………………………………….......................... 39

M06:多铁性材料与多场耦合效应……………………………………………………………... 42

M07:磁性金属薄膜的人工自旋结构调控................................................................................... 46

2.期刊论文与会议论文.…………………………………………………………………………... 49

3.专利情况.………………………………………………………………………………………... 60

4.获奖情况………………………………………………………………………………………… 61

5.仪器设备…………….…………………………………………………………………………... 61

三、研究生培养…….………………………………………………………………….…… 64

1.在读研究生情况…….……………………………………………………………………........... 64

2.研究生获奖情况………………………………………………………………………………… 67

四、学术交流…………………………………………………………………………........... 70

1.学术组织与期刊任职.…………………………………………………………………………... 70

2.对外交流………………………………………………………………………………………… 71

五、选登文章………………………………………………………………………………... 74

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一、实验室简介

1. 实验室概况

磁学国家重点实验室是在 1934 年建立的中国科学院物理研究所近代磁学研究室的基础上逐步

建立的，1951 年正式组建成磁学实验室，1987 年被批准为中国科学院磁学开放实验室，1990 年经

科技部和中国科学院批准成为磁学国家重点实验室。

磁学国家重点实验室以磁性物理的基础研究为导向，以具有重大应用背景的磁性材料为对

象，开展物质的基本磁性、磁输运和宏观量子效应以及磁、电、热、光等效应研究，探讨电子结

构、表面和界面效应与宏观磁性的内在联系，探索新的磁性材料和新的人工纳米结构材料与器件。

推动国内外磁学界的合作与交流，培养磁学研究和磁性材料与器件研发等方面人才。

磁学国家重点实验室设有六个课题组，研究内容分别为：自旋电子学材料、物理和器件；磁性

金属氧化物/化合物量子序调控及相关效应研究；磁性纳米结构与飞秒磁性；金属磁性功能材料；多

铁性材料与多场耦合效应；磁性金属薄膜的人工自旋结构调控。实验室自建设以来在稀土永磁材料、

氧化物 CMR 材料、磁相变材料、磁性纳米结构与自旋电子学、磁热效应等方面的研究中取得了出色

的成绩，得到了一些国际上开创性和有影响的研究成果。

磁学国家重点实验室拥有一支优秀的研究队伍，现有中科院院士 2 人，研究员 9 人。研究人

员中 1 人获香港求是科技基金会杰出青年学者奖，一个国家杰出青年基金创新团队，4 人获国家

杰出青年科学基金，3 人获得国家杰出青年海外科学基金，5 人获中科院“百人计划”。实验室涌

现出十多位学术思想活跃、具有创新精神的中青年学术带头人和科研骨干，他们锐意进取，为实

验室带来了新的生机。

磁学国家重点实验室目前拥有国际上先进的磁性薄膜制备、磁性测量和磁畴结构表征设备,包括

磁性金属薄膜生长/超高真空变温 SPM 联合系统，激光分子束外延系统，大型磁控溅射设备，脉冲

激光沉积系统，浮区熔炼单晶生长炉，提拉法单晶生长炉，快速冷凝设备，磁力显微镜、原子力显

微镜，多功能磁性测量系统，超导量子磁强计，低温强磁场穆斯堡尔谱仪和电子自旋共振波谱仪等。

近年来磁学实验室平均每年在国际学术刊物上发表论文 100 篇左右，承担国家科技部、国家自然

科学基金委员会和中国科学院重大、重点项目多项，多次获国家和省部级自然科学和科技进步奖。

实验室与德国、英国、美国、法国、日本、荷兰等国建立起院级交流合作关系，与其它国家和地

区有着广泛的交流与合作。

磁学国家重点实验室非常重视研究生的培养。通过在理论学习与实际工作中的系统训练，使他

们具有较高的科学素养和较强的科研能力，培养出大量磁学专业的优秀人才，他们中有许多人已

成为国内外科研单位和磁性材料公司的带头人或骨干。

实验室加强科研队伍建设；加强磁性理论与实验结合、交叉学科的发展需求新的学科生长点；

拓宽和加强国际合作交流，力争把实验室建设成为在国际上有一定影响的实验室，使之真正成为我

国新型磁性材料与物理的基础研究基地、优秀磁学人才的培养摇篮和基础研究与应用转化联系的桥

梁。

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2、人员组成

实验室主任：沈保根（2009.6-2014.5）胡凤霞（2014.6-今）

实验室副主任：成昭华（2009.7-2014.7）韩秀峰

课题组长：韩秀峰孙继荣成昭华胡凤霞孙阳蔡建旺

实验室人员：章综沈保根韩秀峰丰家峰尹林王守国

魏红祥孙继荣王志宏王晶陈沅沙胡明

成昭华张向群杨海涛何为胡凤霞吴光恒

郗学奎王文洪刘恩克陈京兰孙阳柴一晟

尚大山闫丽琴蔡建旺张颖胡强孟丽琴

赵同云陆俊

行政秘书：盛楠

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3．学术委员会

磁学国家重点实验室第六届学术委员会

（2010 年 1 月 - 2014 年 12 月）

主任: 都有为

副主任: 金晓峰严纯华

委员（按姓氏笔画排序）：

于荣海教授北京航空航天大学

王芳卫研究员中国科学院物理研究所

王崇愚教授、院士清华大学物理系

王鼎盛研究员、院士中国科学院物理研究所

王新林教授北京钢铁研究总院

王震西研究员、院士中国科学院三环公司

白海力教授天津大学

孙阳研究员中国科学院物理研究所

孙继荣研究员中国科学院物理研究所

成昭华研究员中国科学院物理研究所

邢定钰教授、院士南京大学

闫羽教授吉林大学物理系

严纯华教授、院士北京大学化学学院

吴光恒研究员中国科学院物理研究所

张志东研究员中国科学院金属研究所

张怀武教授成都电子科技大学

张裕恒教授、院士中国科学技术大学

李发伸教授兰州大学物理学院

杨应昌教授、院士北京大学物理系

沈保根研究员、院士中国科学院物理研究所

陈子瑜教授北京航空航天大学

周少雄研究员国家非晶微晶合金工程研究中心

金晓峰教授复旦大学物理系

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都有为教授、院士南京大学物理系

高松教授、院士北京大学

梁敬魁研究员、院士中国科学院物理研究所

梅良模教授山东大学物理系

章综研究员、院士中国科学院物理研究所

韩秀峰研究员中国科学院物理研究所

詹文山研究员中国科学院物理研究所

颜世申教授山东大学

薛德胜教授兰州大学

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二、科学研究与成果简介

1. 课题组研究工作进展

M02 组

自旋电子学材料、物理和器件

组长：韩秀峰

组员：丰家峰尹林王守国魏红祥

研究方向简介

(1) 磁性隧道结(MTJ)和隧穿磁电阻(TMR)效应相关的材料、物理及其器件设计研究；(2) 纳米

磁性多层膜和巨磁电阻(GMR)效应相关的材料、物理及其器件设计研究；(3) 半金属、磁性半导体和

有机复合磁性隧道结的制备与物理研究；(4) 磁随机存储器(MRAM)、磁敏传感器、自旋纳米振荡器、

磁逻辑和自旋晶体管等器件原理研究；(5) 磁性纳米线和纳米管及其复合结构材料的制备与研究。

2014 年度研究工作进展

M02 组通过研究一些重要的自旋电子学材料的制备、相关物理问题和器件设计原理，获得了一

些重要的阶段性进展和研究成果：

1．材料性能的制备和优化

(1) 制备出具有垂直各向异性的 CoFeB 薄膜及 CoFeB/MgAl2O4/CoFeB 隧道结、研究了其输运特性

图 1. (a) - (c) 隧道结不同温度下 TMR-H 曲线；(d) 平行态和反平行态电阻及 TMR

值随温度依赖关系；(e) 低温下隧道结的非弹性隧道谱。

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本工作中，我们成功制备了具有垂直各向异性的 CoFeB 薄膜及垂直 CoFeB/MgAl2O4/CoFeB 隧

道结，得到了室温和低温下的隧穿磁电阻比值。首先，我们分别优化了 Ta/CoFeB/MgAl2O4/Ta 和

Ta/MgAl2O4/CoFeB/Ta 两种结构的垂直各向异性，其分别对应隧道结的底电极和顶电极。MgAl2O4

薄膜的制备采用磁控溅射 MgAl2O4 陶瓷靶材的方法制备。实验结果表明，通过优化 CoFeB 薄膜的

厚度和退火温度，可以得到具有垂直各向异性的 CoFeB 薄膜。在此基础上，我们制备了核心结构为

CoFeB/MgAl2O4/CoFeB 的磁性隧道结。该类新型势垒磁性隧道结可以用于 TMR 磁性传感器、

STT-MRAM 和自旋纳米振荡器等器件应用方面，我们在 MgAl2O4 等尖晶石等新势垒磁性隧道结材料

方面，提交了中国发明专利申请。

图 1 给出了不同温度下的 TMR-H 曲线及电阻、TMR 值温度依赖关系，我们得到了室温下 36%

低温下 63%的 TMR 比值。在 T=150K 左右，我们发现 TMR 值有一个谷值，而在 TMR-H 曲线上也

只出现了一个峰，这是由于上下两层电极矫顽力随温度依赖关系不同，导致两层矫顽力接近而得不

到稳定反平行态。由非弹性隧道谱可以看出，在平行态和反平行态下均存在零偏压反常、磁子峰和

声子峰。该研究成果发表在美国应用物理快报上[B. S. Tao and X. F. Han et al., Appl. Phys. Lett. 105

(2014) 102407]。

(2) 研究了基于分子束外延和磁控溅射生长的 CoFeB/MgO 的自旋注入端发光二极管中自旋注入

由于 CoFeB/MgO 可以提供具有更高的隧穿电子自旋极化率，近被广泛由于自旋发光二极管

的研究中。我们通过基金委国际合作交流项目在该方面开展了初步研究。

在基于面内 CoFeB/MgO 为自旋注入端的发光二极管研究中，其结构如图 3 所示。该实验中，

然后有两种方法可以进行自旋注入端的生长。方法一，利用 MBE 生长 MgO 势垒层，再在真空条件

下，传递到磁控溅射腔室进行 CoFeB、Ta 层的生长；方法二，利用磁控溅射腔室进行 MgO、CoFeB、

Ta 层的生长。对于方法一，如果生长完 MgO 层再向磁控溅射传样，则可能对 MgO 上表面质量有一

定的影响；对于方法二，可能导致对 GaAs/MgO 界面质量有一定的影响。也就是说这两种方法下

CoFeB/MgO 界面如何？GaAs/MgO 界面如何？两种方法下 CoFeB 晶体质量如何？两种方法对自旋

注入、电致发光极化率的影响怎样？

图 2. (a)由方法二生长样品经 350 度退火后圆偏振度随磁场的关系。(b) 两种样品电致发

光极化率随退火温度的变化。

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图 3. (a-b) MBE 生长的样品 TEM 图：(a) 退火前，(b) 350 度退火后。(c-d)磁控溅射方法生长的样品 TEM

图：(a)退火前，(b)350 度退火后。插图为 RHEED 图和缩小显示更大范围结构 TEM 图。

研究结果表明： (1) 方法一生长态下的 MgO 晶体质量要优于方法二生长态下的 MgO 晶体质量。

(2) 方法一中的 MgO 很好的外延生长在 GaAs 表面上，并且其 MgO/GaAs 界面质量要好。即使经过

三分钟 350 退火后，方法二的 MgO/GaAs 界面附近存在 0.2~0.5nm 厚度的非晶 MgO 层。并且方法二

生长的样品电致发光极化率，说明 MgO/GaAs 界面对于自旋注入的存在影响。(3) 经过三分钟 350

退火后，方法一的 CoFeB 层完全晶化，方法二的 CoFeB 层在 CoFeB/MgO 界面附近一定厚度发生晶

化，说明 CoFeB/MgO 界面附近一定厚度的 CoFeB 晶化就可以保证有效的电子自旋注入效率。(4) 电

致发光极化率随着退火处理温度的增加而增加，其主要是因为退火使得 CoFeB 层晶化，从而使得自

旋注入端的自旋极化率增加，进而保证注入的电子自旋极化率 PE 随着退火温度的增加而增加，终

使得电致发光极化率增加。退火过程中 GaAs 量子阱性质不发生变化。该工作发表在 2014 年美国的

应用物理学评论上 [P. Barate, S. Liang, B. Xu, Y. Zheng, B. Tao, X. F. Han, Z. Wang, and Y. Lu* et al.,

Appl. Phys. Lett. 105, 012404 (2014)]。

(3) 成功制备出基于垂直磁各向异性 CoFeB/MgO 并研究了自旋注入端的自旋发光二极管特性

在基于具有垂直磁各向异性的自旋注入端的自旋发光二极管中，可以在不使用外加磁场下利用

它的剩余磁态进行自旋注入，在薄膜法向方向可以得到极化圆偏振光。对于这样的垂直磁各向异性

的自旋注入端，其自旋极化率越高越好、厚度越薄越好。在基金委国际合作交流项目的资助下，我

们进一步利用了界面诱导的垂直磁各向异性 Ta/CoFeB/MgO 自旋注入端，通过磁性、电输运性质、

晶体结构分析、以及电(光)致发光实验方法研究了基于面内磁各向异性以及垂直磁各向异性

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CoFeB/MgO 为自旋注入端的自旋发光二极管的自旋相关性质。研究表明：(1) 电致发光极化率随着

退火处理温度的增加而增加，其主要是因为退火使得 CoFeB 晶化而使得自旋注入端的自旋极化率增

加，注入电子的极化率随着退火温度增加而增加，从而使得电致发光极化率的增加。(2) CoFeB/MgO

界面性质关系到 CoFeB 的晶化，所以 CoFeB/MgO 性质对于自旋注入的影响为显著。(3) 我们研

究了基于垂直磁各向异性 CoFeB/MgO 为自旋注入端的自旋发光二极管的自旋相关性质。剩磁状态

下，得到低温 25K 达到 13%、室温达到 8%的光极化率，该结果为目前观察到的高记录。该工作

发表在 2014 年美国的物理评论 B 杂志上[S. H. Liang, T. T. Zhang, H. Jaffrès H. X. Yang, X. F. Han*, Y.

Lu* et al., Phys. Rev. B 90 (2014) 085310]。

图 4. (左)基于垂直磁各向异性 Ta/CoFeB/MgO 为自旋注入端的自旋发光二极管结构示意图。(右) 虚线选

定区对应的 TEM 照片，其中插图为缩小后的 TEM 照片。

图 5. (a)零磁场时在低温 25K 测量的以及极化的电致发光(EL)强度；(b) 低温 25K 下电致发光极化率

与垂直膜面方向磁场的关系，以及与低温 30K 下 SQUID 测量的垂直膜面方向 M-H 磁滞回线的比较；(c)

对于未经退火处理的样品，25K 下电致发光极化率与垂直膜面方向磁场的关系、以及与低温 30K 下 SQUID

测量的沿膜面方向 M-H 磁滞回线的比较。

(4) Zn 掺杂调控单晶外延磁性隧道结 Fe/MgZnO/Fe 势垒带隙宽度 [Scientific Reports 4 (2014)

7277]。

MgO 基磁性隧道结因具有超大的磁电阻(TMR)比值而被认为是磁信息存储的核心材料之一，但

MgO 势垒的带隙宽度为 7.8 eV，从而导致结电阻与结面积的乘积(RA)较大，成为限制其广泛应用的

瓶颈之一。ZnO 薄膜的带隙宽度为 3.4 eV，若被用做势垒层来制备磁性隧道结，应该可以大幅度降

低 RA 乘积，但由于其具有铅锌矿结构，与铁磁层 Fe 不能形成外延生长从而无法制备单晶外延的磁

性隧道结。该项研究在全单晶外延 Fe/MgO/Fe 磁性隧道结的制备基础上，通过 Zn 替代部分 Mg 的方

法，成功制备出了单晶外延的 Fe/Mg1-xZnxO/Fe 磁性隧道结。

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图 6. 不同 Zn 掺杂浓度下 Fe/Mg1-xZnxO/Fe 磁性隧道结的电阻与结面积乘积（左边

坐标）和隧穿磁电阻比值（右边坐标）。

通过第一性原理计算的方法，进一步研究发现 Zn 掺杂(掺杂浓度 x<0.3)进入 MgO 势垒层后，其

能带结构还能保持原有的 MgO 能带结构，在虚能带上出现具有1 对称性，从而保持对铁磁电极中

自旋极化电子的自旋过滤作用。另外，掺杂的 Mg-Zn-O 势垒层带隙宽度随掺杂浓度的增大逐渐减小，

有望实现对隧道结中 RA 的有效调控。通过分子束外延制备技术，成功制备出不同掺杂浓度的

Fe/Mg1-xZnxO/Fe 磁性隧道结，通过原位高能电子衍射谱、X-射线衍射和高分辨透射电镜技术，分析

得到其结构为单晶外延生长；利用高分辨透射电镜元素分辨和 X-射线光电子能谱技术，确认 Zn 是

均匀替代 Mg 的位置。自旋相关输运性质的研究表明，Fe/Mg1-xZnxO/Fe 磁性隧道结的 RA 比值随着

掺杂浓度的增加逐渐降低，而磁电阻比值在低掺杂浓度区降低的较少。例如，当 Zn 的掺杂浓度为

0.1 时，RA 值降低了 50%，而此时磁电阻比值高达 120%，有效地实现了带隙宽度的调控。上述方

法不仅对自旋电子学具有重要意义，也对半导体技术中光电应用具有指导意义。该工作发表在 2014

年 Scientific Reports 杂志上[D. L. Li, Q. L. Ma, S. G. Wang*, R. C. C. Ward, T. Hesjedal, X.-G. Zhang, A.

Kohn, E. Amsellem, G. Yang, J. L. Liu, J. Jiang, H. X. Wei and X. F. Han, Sci. Rep. 4 (2014) 7277]。

2. 物理研究和计算模拟

(1) 新型磁性隧道结 Fe3Si/MgO/Fe3Si(001)的隧穿磁电阻效应

我们利用第一性原理和非平衡格林函数方法计算研究了新型磁性隧道结 Fe3Si/MgO/Fe3Si(001)

的隧穿磁电阻比值，磁性隧道结的自旋极化电导和TMR值如表 1所示， Fe/MgO/Fe的TMR为 3000%

左右，与之前计算结果符合较好。Fe3Si/MgO/Fe3Si 的隧穿 TMR 非常高，达 5000%以上。比较比较

和可以发现：对于 Fe/MgO/Fe，占主导地位，主要是由于多子的Δ1 对称性态的贡献；相

反对于 Fe3Si/MgO/Fe3Si，占主导地位，下面分析将会看到对主要是少子界面共振态的贡献。

Structure TMR (%)

Fe/MgO/Fe 1.23×10-3 2.76×10-4 2.32×10-5 2.34×10-5 3132

Fe3Si/MgO/Fe3Si 5.07×10-6 1.84×10-4 1.78×10-6 1.78×10-6 5211

Fe3Si/FeO/MgO/Fe3Si 1.05×10-5 5.98×10-6 8.78×10-7 1.06×10-6 750

T-Fe3Si/MgO/T-Fe3Si 1.08×10-3 2.01×10-4 1.78×10-6 1.78×10-6 2290

表 1. 自旋极化电导（单位：e2/h）和 TMR（单位：%）。为平行态下多子到多子的电导，为平行态下少子到少子的

电导，为反平行态下多子到少子的电导，为反平行态下少子到多子的电导。

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图 7. 一系列磁性隧道结的透射系数在布里渊区中分布图。(a-c) Fe/MgO/Fe；(d-f) Fe3Si /MgO /Fe3Si；(g-i)

T-Fe3Si/MgO/T-Fe3Si。(a, d, g) 平行态多子；(b, e, h) 平行态少子；(c, f, i) 反平行态多子或少子。

为了理解上述计算的不同自旋极化电导和 TMR 值，图 7 给出了不同隧道结的透射系数在布里渊

区中的分布，(a-c)对应 Fe/MgO/Fe 的结果，多子在布里渊区中心有明显的透射峰，来源于多子 Δ1

对称性态贡献。少子在某些特殊的 k 点处会有尖锐的峰值，来源于界面共振态的贡献。(d-f)对应

Fe3Si/MgO/Fe3Si 的结果，多子和少子在布里渊区中心没有明显的透射系数，表明没有 Δ1 对称性能

带经过 Fe3Si 的费米能级。少子具有明显的界面共振态，这种界面共振态非常局域，可以被隧道结的

非对称性破坏，如界面氧化和外加偏压。为了证实上述推论，我们构造了反对称的磁性隧道结，即

Fe3Si/FeO/MgO/Fe3Si，自旋极化电导和 TMR 如表 1 所示，和对称的隧道结相比，减小了近两个量级，

直接导致 TMR 从 5000%降到 700%。进一步我们计算了隧道结的 TMR 的偏压依存关系，计算结果

表明 TMR 随着偏压的增加单调下降，当外加偏压达到 50 mV 时，TMR 已经降到 100%左右。通过

计算我们发现面内应力可以驱动 Fe3Si 的多子的 Δ1 带经过费米能级，而少子的 Δ1 不经过费米能级。

图 6(g)表明透射系数在布里渊区中心有明显的透射峰，而少子透射系数在布里渊区中心的透射系数

非常小，和 Fe/MgO/Fe 的隧穿性质非常相似，因此可以得到零偏压下高达 2000%的 TMR 值。更为

重要的是，高 TMR 值可以保持到很高的偏压范围。

通过研究该种新型磁性隧道结 Fe3Si/MgO/Fe3Si，我们计算发现四方相的 Fe3Si 比立方相的 Fe3Si

更加适合用作铁磁电极材料，它具有较高的 TMR 值和输出电压，同时 Fe3Si 用作自旋极化电流驱动

磁矩反转时可以期望具有较低的临界反转电流，因此是一种非常有前景的磁性隧道结材料。该工作

发表在 2014 年美国的应用物理快报上[L. L. Tao, S. H. Liang, D. P. Liu, H. X. Wei, Jian Wang, and X. F.

11

Han*, Appl. Phys. Lett. 104 (2014) 172406]。

(2) 金属 Co 原子在 Alq3 薄膜表面沉积的过程以及 Co 原子在 Alq3 薄膜中的穿透性质

金属／半导体界面的质量直接影响着电荷和自旋向半导体中的注入。金属原子在沉积过程中往

往会穿透有机半导体的表面。现有的针对有机半导体 Alq3 和沉积其上的金属电极之间的界面的研究

给出不同的结论。部分工作显示金属会穿透 Alq3 薄膜表面达几十纳米。另外一些研究组得出相反的

结论，他们认为金属在 Alq3 上沉积形成了光滑和明显的界面，进而提出 Alq3 薄膜中的缺陷是金属

穿透 Alq3 薄膜表面的主要原因。

图 8. 钴原子在 Alq3 薄膜中穿透过程的动力学过程。每个原子的颜色表示它的瞬间动能。(a)钴原子遇到一

个垂直的 Alq3 官能团，并没有受到它的阻挡。(b) 钴原子接下来与一个 Alq3 分子的平行的官能团碰撞从

而停止继续穿透。(c) 钴原子最终吸附在一个 Alq3 分子周围。

我们利用分子动力学的方法研究金属在 Alq3 薄膜表面沉积的过程以及金属原子在 Alq3 薄膜中

的穿透。我们选择在有机自旋电子学中广泛使用的磁性金属钴。利用 Lennard－Jones 模型来描写钴

原子与 Alq3 分子之间的相互作用，模型中的参数通过对第一性原理计算得到的能量进行拟合。在分

子动力学模拟的起点，钴原子位于 Alq3 薄膜的上方，并被赋予不同的动能。初始动能设置为 0.15 eV，

对应于热蒸发方法中钴原子的动能；初始动能设置为 1、5、10 eV 对应于溅射沉积法。

在钴原子停止穿透之后我们统计钴原子的位置以及它们的穿透深度。我们发现热蒸发方法中的

钴原子多停留在 Alq3 薄膜的表面。溅射沉积法中钴原子的入射能量高于热蒸发法，所以钴原子的穿

透深度有所增加，但是即使在高的入射能量下，钴原子的穿透深度也只有两纳米。由于 Alq3 分子

本身的尺寸约一纳米，我们的分子动力学模拟支持钴原子不会严重的穿透 Alq3 薄膜表面，并且热蒸

发方法可以形成平滑的金属／有机半导体界面。

后我们研究了钴原子在 Alq3 薄膜中的动力学过程，观察到 Alq3 分子对钴原子穿透的阻挡作

用。Alq3 分子具有特殊的分子结构：三个官能团通过中心的 Al 原子相互链结，这三个官能团各自

形成平面结构并且它们所在的平面相互垂直。这种特殊的分子结构导致即使在非晶态的 Alq3 薄膜

中，每一个分子总有一个官能团平行于薄膜表面，从而阻挡了钴原子的垂直穿透运动。相关研究结

果发表在 2014 年美国物理评论 B 上[Y. P. Wang, X. F. Han*, J. N. Fry, J. L Krause, X.-G. Zhang, H.-P.

Cheng, Phys. Rev. B 90 (2014) 075311]。

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(3) Mn-Ga/M/MgO/Mn-Ga 磁性隧道结及其插层效应的自旋输运性质研究

基于垂直磁各向异性的 STT-MRAM 其自旋极化电流诱导磁化翻转的临界电流密度也较小，从

而可以实现降低元器件的功耗。由于具有较大的垂直磁各向异性能( )，Mn-Ga 合金

材料近被尝试用来作为 MgO 势垒磁性隧道结的磁性电极。然而 Mn2Ga 以及 Mn3Ga 分别对于 MgO

存在 7.3%以及 7.2%的晶格失配度。一般当晶格失配度超过 5%后，则较难进行好的外延生长。为此，

人们通过在铁磁电极 Mn-Ga 以及 MgO 势垒层中间进行插层生长，来调节界面生长质量。

表2 Mn-Ga/MgO/Mn-Ga以及 Mn-Ga/M/MgO/Mn-Ga优化结构的MnGa与MgO界面间距d0； Mn-Ga

与插层间距 d1，MgO 与插层的间距 d2；结合能；各磁性隧道结中的电导系数(单位： )以及 TMR

比值, 其中和分表代表平行态下多数自旋以及少数自旋通道的电导系数, 和分表代表

反平行态下“多数自旋到少数自旋”以及“少数自旋到多数自旋”通道的电导系数。

我们利用第一性原理计算方法研究了 Mn-Ga/MgO/Mn-Ga 磁性隧道结中 M =Mg、Co、Cr 金属

插层对自旋输运性质的影响，研究结果表明：对于未进行插层的 Mn2Ga/MgO/Mn2Ga 磁性隧道结中

的隧穿磁电阻(852%)要远远大于 Mn3Ga/MgO/Mn3Ga 磁电阻(5%)。这与 Mn2Ga 以及 Mn3Ga 能带有

关：Mn2Ga 中只在多数自旋子能带中态电子能带跨越费米能级，而少数自旋子能带中态电子能

带不跨越费米能级。而对于 Mn3Ga，无论在多数自旋子能带还是在少数自旋子能带中，态电子能

带均跨越费米能级。

13

图 9. (a)和(b)给出了 Mn2Ga/MgO/Mn2Ga 磁性隧道结中在平行磁结构状态下在 Ga 界面处的态密度(DOS)的

投影 k//-DOS 分量：其中(a)对应于多子自旋，(b)对应于少子自旋；(c)和(d)则分别对应于平行磁结构状态下

Mn2Ga/Co/MgO/Mn2Ga 磁性隧道结在 Co 界面处的态密度(DOS)的投影 k//-DOS 分量，其中(c)为多子自旋、

(d)为多子自旋。

在 Mn2Ga 以及 MgO 之间加入插层后，界面金属插层的电子结构会对自旋输运有调制作用。对

于Mn2Ga/M/MgO/Mn2Ga磁性隧道结的自旋输运性质，Co插层的效果好，插入一层Co层后的TMR

为 904%。该工作发表在 2014 年美国的应用物理学杂志上，并被选为该期的封面图片文章[S. H. Liang,

L. L. Tao, D. P. Liu, Y. Lu, and X. F. Han*, J. Appl. Phys. 115 (2014) 133902]。

3．复合材料和器件单元结构的设计与研究

(1) 非对称双圆盘纳米结构中磁性双稳态的高频转变特性研究

当铁磁材料的尺寸降到一微米以下的临界尺寸后，可以获得块体材料所不具备的磁畴结构: 单

磁畴状态和涡旋状态。实验上已经证明了在几百纳米的磁性圆盘结构中可以得到单磁畴状态，单磁

14

畴状态向涡旋状态转换需要越过一个能量势垒。为了克服这个势垒，需要外加磁场、自旋极化电流、

或者加热等方法。纳米圆盘结构在外磁场激励下的动力学研究对自旋电子学器件设计有重要的意义。

小圆盘的磁化状态从单磁畴状态向涡旋态转变是一个复杂的多步过程，而估算它们的总能量是

一个很重要的步骤。定性描述这个过程的时候，我们注意到在涡旋态形成的过程中通常会伴随一些

非均一的混合磁状态的存在。由于这种混合态是不可避免的，我们计算了小圆盘不同磁化状态的总

能量，其中单磁畴状态和涡旋态处在低能状态，混合态处在较高的能量状态。两个稳定的磁化状态

之间的能量势垒为 ΔE=4×10-17 J。热扰动能量 kBT=3×10-21 J，室温下两个稳定状态相互转化的几率几

乎为 0。

图10. 圆盘状结构中小圆盘的磁化状态示意图。 (a)

单磁畴状态， (b) 涡旋态磁畴状态。 (c) 小圆盘不同

磁化状态的总能量表征。

图11. 施加脉冲磁场后，涡旋中心的移动速度随时

间的变化关系。

在“小圆盘在大圆盘上”这种三维纳米结构中拥有三个稳定磁化状态的基础上，我们提出一种磁

阻的存储单元。通过微磁模拟研究了静磁相互作用的纳米圆盘在一个高频激励下的影响。在不同脉

冲磁场下的三种磁结构转变类型：I—从单磁畴态到涡旋态；II—从涡旋态到向左的单磁畴态；III—

从涡旋态到向右的单磁畴状态。大圆盘涡旋态中心的移动可以改变小圆盘的磁化状态。这种转变在

一个很宽频率和很宽振幅的磁场下都可以存在。

我们同时讨论了复合圆盘结构的磁电阻特性。在外加磁场下，复合圆盘结构不同磁化状态之间

的转换可以达到纳秒量级。如果一个电流垂直通过这个复合的圆盘结构，就等同于一个自旋阀结构，

它的电阻依赖于小圆盘和它下面区域的磁矩的相对取向，以前的实验研究了 SD+SD 和 SD+V 两种磁

化状态的电阻变化可以达到 0.15%。复合圆盘结构有三种磁化状态，我们计算了三种磁化状态导致

的电阻的变化，证明这种双圆盘纳米结构的磁状态变化可以通过磁电阻来探测，从而可以用作三重

逻辑的信息存储单元。该项工作得到科技部中俄国际合作交流项目的资助，相关研究结果发表在 2014

年应用物理快报上[M. E. Stebliy, A. V. Ognev*, A. S. Samardak, A. G. Kolesnikov, L. A. Chebotkevich,

and X. F. Han, Appl. Phys. Lett. 104 (2014) 112405]。

15

图12. 在不同脉冲磁场下的三种磁结构转变类型。

图13. (a) 磁场变化引起的磁化状态的转变。(b) 圆盘结构

中不同磁化状态系统的磁电阻比值。插图演示了计算磁

电阻的方法。

(2) 准一维铁磁性-多铁性 BiFeO3 复合纳米结构的制备交换偏置效应研究

一维复合核壳纳米材料由于其更为丰富的物理效应和特殊功能，无论从基础科学的角度还是从

技术应用的角度都具有重要的研究价值。近，T. N. Narayanan 等人通过溶胶凝胶方法结合电化学

沉积制备出了钛酸钡 (BTO)-钴 (Co) 准一维复合纳米结构，并初步研究了其中的磁电耦合现象。作

为多铁性材料中有可能实际应用的多铁性材料 BiFeO3 的铁电居里温度约为 1100 K，反铁磁奈尔温

度约为 640 K，是少见的室温多铁性材料。目前，还少有关于 BiFeO3 一维纳米材料以及基于这种多

铁性材料一维复合纳米材料的系统研究。

图14. 在对溶胶成分充分优化的基础上采用不同热处理

温度得到BFO纳米材料的XRD结果。

图15. (a) BFO纳米管的SEM结果；(b-c) BFO纳

米管的TEM及高分辨TEM结果；(d) BFO纳米

管的EDS成分分析结果。

我们通过溶胶凝胶方法结合电化学沉积方法系统地优化制备了 BFO 纳米管。为了解决 Bi 元素

在高温热处理过程中蒸发的问题，我们通过尝试不同的 BFO 溶胶，发现当硝酸铋和硝酸铁的比例为

1.15:1 时可以保证终得到理想的纳米材料成分，在此基础上系统研究了不同的热处理条件对纳米

16

材料晶体结构的影响。实验结果分析显示 600℃为佳的热处理温度，温度过高由于 Bi 元素的大量

蒸发，导致杂相较多，温度较低时主相 BiFeO3的衍射峰强度较低。通过 SEM 和 TEM 对经过 600℃

热处理的 BFO 纳米管的形貌进行表征，BFO 纳米管具有平滑而规则的结构，外直径与 AAO 模板的

直径相同约为 300 nm，管壁厚度约 20 nm，纳米管长度约为 60 µm，与 AAO 模板的厚度一致。根据

HRTEM 结果可见 BFO 纳米管呈多晶结构，且晶粒尺度非常小。

在成功制备 BFO 纳米管的基础上结合电化学沉积，向管内复合 Ni 纳米线或 Ni 纳米管即可得到

core-shell 复合纳米结构。通过 TEM 的方法，选取单根纳米线/纳米管进行表征，可以更加明确的看

出外壳 BFO 纳米管与内核 Ni 纳米线/Ni 纳米管的复合纳米结构。

此外，BFO-Ni 核壳结构纳米管未经磁场中退火处理即观察到明显的交换偏置现象，可能的原因

是在电化学沉积 Ni 纳米管的过程中反铁磁层 BFO 中磁矩的重新排列分布。改变磁场与 BFO-Ni 核

壳结构纳米管轴向之间的夹角可以得到矫顽力和偏置场与角度的依赖关系：矫顽力随着磁场与纳米

管轴向之间夹角增加先增加后减小，说明其中存在着磁化反转机制由“卷曲转动模式”到“成核反

转模式”的转变，另一方面，对于一般的反铁磁-铁磁交换偏置系统，偏置场的大值一般出现在易

轴方向，但是在我们的实验中，偏置场的大值出现在当磁场方向与 BFO-Ni 核壳结构纳米管轴向

平时的时候，也就是 BFO-Ni 核壳结构纳米管的难轴方向，这是因为界面粗糙度、铁磁/反铁磁材料

中的磁畴结构、磁各向异性等因素均有可能对交换偏置效应产生显著的影响。相关研究结果发表在

2014 年 Nanoscale 上 [D.W. Shi, K. Javed, S. S. Ali, J.-Y. Chen, P.-S. Li, Y.-G. Zhao and X. F. Han*,

Nanoscale 6 (2014) 7215]。

图 16. 基于BFO纳米管结合电化学沉积制备

BFO-Ni复合纳米结构过程示意图。

图17. BFO-Ni复合纳米结构的TEM表征结

果、BFO-Ni复合纳米线磁性测量结果及不同磁

场施加方向偏置场与矫顽力的依赖关系。

(3) MgO 磁性隧道结中低温零偏压反常和自旋相关的电子-电子相互作用研究

在过去的研究中，一直认为磁性隧道结中低温零偏压反常来自于磁性微小颗粒的磁杂质散射。

本工作发现，低温零偏压反常是由于电子-电子相互作用造成的，澄清了低温零偏压反常的真实原因，

解决了长时间困扰人们的一个问题。

17

和国内合作单位一起系统研究了在晶化的 MgO 基和非晶的 Al-O 基磁性隧道结 Ir22Mn78(10)/

Co90Fe10(2.5)/Ru(0.9)/Co40Fe40B20(3)/MgO(2.5)/Co40Fe40B20(3)和 Co40Fe40B20(4)/Al-O(1)/ Co40Fe40B20(4)/

Ir22Mn78 (12)中的电导与偏压关系中的低温零偏压反常现象。所用磁性隧道结的基本参数如表 3 所示。

表 3. MgO 基(用 M 表示，2-5 代表不同的隧道结)和 Al-O 基(用 A 表示，数字代表不同的 Al-O 基隧道结)

磁性隧道结的基本参数，RP、RAP和 MR 分别是平行态和反平行态电阻，和磁电阻比率。 SP和 SAP 是平行

态和反平行态的 G/G(0)和 ln (eV/kBT)之间的斜率，其中 G = G(V ) − G(0)，G(0)是零偏压的电导，G(V )

是偏压为 V 的电导。Tfit 是拟合的展宽温度。

如图 18(a)和(b)所示，通过改变温度和交流调制偏压研究归一化的电导变化和 ln (eV/kBT)的关

系等，可以获得磁性隧道结中低温零偏压反常现象中的重要参数，并能够解释其原因。研究发现，

当温度降低至 0.2K 和交流调制电压降低至 0.06mV, 依然可以观察到低温零偏压反常，这首先可以排

除磁杂质散射，其次此时归一化的电导变化和 ln (eV/kBT)成正比，这一结果完全可以用由于电子-

电子相互作用导致态密度降低的隧穿 Altshuler-Aronov 理论来解释。其中，e 是电子，V 是所施加的

电压，kB 是玻尔兹曼常数，T 是温度。本工作主要集中在低偏压，故此用二维的 Altshuler-Aronov

理论来解释，如果用三维的 Altshuler-Aronov 理论来解释低温零偏压反常现象，就会引起很大的误差；

这也充分说明低偏压下的电子在隧道结势垒中的隧穿过程可以看作是二维现象。所用

Altshuler-Aronov 理论公式如下所示：

其中，Rsq 是金属薄膜的电阻均方，d 是绝缘势垒的厚度，D 是扩散长度，F2 是二维函数的积

分； G(0,T)和 G(V ,T)是温度为 T 时，零偏压和偏压为 V 的电导，DG = G(V ) − G(0)。通过对 DG

归一化，能够得到所有温度下归一化的 DG/G(0)和 ln (eV/kBT)均符合相同的规律。

另外，通过归一化电导和 ln (eV/kBT)的关系，能够有效地区分出有自旋过滤效应的 MgO 基磁

性隧道结中的平行态和反平行态，而 Al-O 基磁性隧道结因为没有自旋过滤效应其平行态和反平行态

的表现则基本一样。这充分说明，通过基于电子-电子相互作用的隧穿 Altshuler-Aronov 理论能够证

实新型磁性隧道结中具有对称守恒的过滤效应，也能够探测和区分中具有不同对称系统中的电子

Bloch 态等。该项合作研究成果发表在美国物理评论杂志上[L. Liu, J. Niu, L. Xiang,J. Wei*, D. L. Li, J.

F. Feng*,X. F. Han et al., Phys. Rev. B 90 (2014) 195132]。

18

图 18. (a)和(b)，(c)和(d)分别是MgO基基磁性隧道结中平行态和反平行态电导随温度的变化关系和DG/G(0)

和 ln (eV/kBT)的依赖关系。(e)和(f)分别是平行态和反平行态之间 DG/G(0)和 ln (eV/kBT)的变化关系。

4. 学术专著出版情况

2014 年度合作出版学术专著 2 部；为如下两部专著分别贡献 5 和 1 个章节。

[1] 《自旋电子学导论》韩秀峰等编著，科学出版社

[2] 《Data Storage at the Nanoscale-Advance and Application》, Gan Fuxi/Wang Yang,

Pan Stanford Publishing

5. 论文发表、专利授权和国际会议邀请报告以及研究生培养等情况

2014 年度(合作)在国际学术刊物上发表学术论文 21 篇；获中国发明专利授权 9 项，新提交国际

发明专利申请 2 项；有国际会议邀请报告 5 人次；接待法国诺贝尔奖获得者 Albert Fert 教授等 26 人

次来访学者进行学术交流；出访有 6 人次，其中 4 人次派出博士后和博士研究生参加国际会议、执

行国家基金委 JSPS-NSFC 中日合作与交流项目以及中法国际合作与交流项目；培养博士毕业生 3 名。

01/2015 年至今，已发表 SCI 论文 9 篇；已完成论文投稿 6 篇，新提交国际发明专利申请 1 项。

19

Spin-electronic Materials, Physics and Devices

Brief Introduction

(1) Materials, Physics and Devices based on Magnetic Tunnel Junctions (MTJs); (2) Materials, Physics

and Devices based on Giant MagnetoResistance multilayers; (3) Spin-dependent transport in organic hybrid

magnetic, half-metal and magnetic semiconductor tunnel junctions; (4) Study on Demo Devices of

Magnetic Random Access Memory (MRAM), Magneto-resistive Sensor, Spin Transfer Nano – Oscillator,

Magnetic Logic and Spin Diode; (5) Materials, Physics on Magnetic Nanowires and Nanotubes, and Their

Hybrid Structure.

Research activities in 2014

1. Fabrication and Optimization of Spntronic Materials

(1) Successfully fabricated perpendicularly magnetized TaCo40Fe40B20MgAl2O4 and

CoFeBMgAl2O4CoFeB magnetic tunnel junction (MTJ), and studied their magnetic and

magnetotransport properties [Appl. Phys. Lett. 105, 102407 (2014)].

(2) Studied electrical spin injection into InGaAs/GaAs quantum wells with MgO tunnel barriers grown by

sputtering and molecular beam epitaxy methods [Appl. Phys. Lett. 105 (2014) 012404].

(3) Successfully obtained PMA Ta/CoFeB/MgO spin injector and large remanent EL circular polarization

was obtained [Phys. Rev. B 90 (2014) 085310].

(4) Developed a novel method to tailor the bandgap of an ultrathin, epitaxial Zn-doped MgO tunnel

barrier with rocksalt structure, and spin - dependent transport properties of MTJs based on tunable

MgZnO barriers can be controlled with its good D1 spin filtering effect [Scientific Reports 4 (2014)

7277].

2. Physics research and Simulations

(1) We report the first-principles studies using Nonequilibrium Green’s function- density functional

theory on the tunneling magnetoresistance (TMR) and spin- polarized transport in Fe3Si/MgO/Fe3Si

(001) MTJ [Appl. Phys. Lett. 104(2014) 112405].

(2) A molecular dynamics study on deposition of cobalt atoms onto Alq3 films and the cobalt atom

tunneling through Alq3 process [Phys. Rev. B 90 (2014) 075311].

(3) We report a first principle theoretical investigation of spin polarized quantum transport in Mn2Ga/

MgO/Mn2Ga and Mn3Ga/MgO/Mn3Ga MTJs with the consideration of metal (Mg, Co, Cr) insertion

layer effect. [J. Appl. Phys. 115 (2014) 133902].

3. Design and investigation of hybrid structure materials and device cells

(1) We proposed a magnetoresistive memory cell on the basis of the three dimensional nanostructure

“small disk on big disk”, and magnetic behavior of magnetostatically interacting nanodisks under an

impact of the high frequency excitation has been studied [Appl. Phys. Lett. 104 (2014) 112405].

20

(2) We fabricated two-phase core–shell nanostructures consisting of ferromagnetic (Ni) and multiferroic

(BiFeO3) materials to utilize the combined ferroelectric and antiferromagnetic functionalities of

bismuth ferrite, and the exchange bias effect was observed [Nanoscale 6 (2014) 7215].

(3) We provide conclusive experimental evidence that zero-bias anomaly in the differential resistance of

magnetic tunnel junctions is due to electron-electron interaction (EEI), clarifying a longstanding issue

[Phys. Rev. B 90 (2014)195132].

4. Books published

There are 5 and 1 chapters respectively contributed to two books as Co-Authors in 2014.

[1] 《Introductory Spintronics》 HAN XiuFeng et al.¸ Sciences Press, Beijing, China.

[2] 《Data Storage at the Nanoscale-Advance and Application》, Gan Fuxi/Wang Yang,

Pan Stanford Publishing

5. Summary of academic research for M02 Group in 2014

There are 21 papers co-published in the international journals, 9 domestic patent authorized, 2

international patent application submitted, and 5 invited talks in international conferences, and also 3

PhD students graduated.

21

M03组

磁性金属氧化物/化合物量子序调控及相关效应研究

组长：孙继荣

组员：沈保根王晶王志宏陈沅沙胡明

研究方向简介

氧化物外延薄膜/超晶格结构的可控制备、磁性和自旋电子输运行为，层间耦合/界面效应、应变

及外场对量子序的影响,量子序进而物性的多场调控。稀土-过渡族氧化物、化合物的晶体结构、磁结

构、磁相变和磁热效应的关系，伴随各类有序-无序相变的热效应，新型稀土永磁材料的探索。


1. 复杂氧化物界面二维电子液体的光电协同场效应

在电子关联氧化物异质界面 LaAlO3/SrTiO3（LAO/STO）附近可形成二维电子液体。与常规半

导体二维电子气不同，势阱中的电子具有 d 电子特征，可以占据不同的 d 轨道，从而带来了一系列

新特性，例如磁场依赖的输运行为、铁磁性和超导电性等。由于维度限制，二维电子体系通常表现

出强场效应-门电压可以大幅度调节电子浓度与迁移率，从而使体系历经不同量子状态，进而大大拓

宽新奇物理效应的探索空间。场效应对二维电子体系的调节是建立在电容效应的基础上的。但是，

LAO/STO 异质界面的二维电子液体浓度比常规半导体二维电子气高近一个量级，远远超出了电容

效应调控的范围，因而寻找新的调控原理与方法是二维电子液体新奇物理效应探索的关键。通过光

电协同作用，我们发现了新的场效应调控原理，进而实现了氧化物二维电子液体输运行为的大范围

调控。研究表明，光激发与门电压的协同作用可以导致 SrTiO3 界面晶格膨胀，对称性破缺，进而出

现光电诱导的界面电极化，后者产生了对于异质界面电子液体的额外调控，使场效应大幅度增强，

新机制导致的电阻变化比单独门电压调控的效果高近两个量级。研究还表明，光电协同作用导致

LAO/STO 附近氧空位在 SrTiO3 中的迁移，伴随这一过程，出现 SrTiO3 界面晶格，进而导致新的场

效应。这一工作不但揭示了 SrTiO3 这一典型的复杂氧化物体不为人知的一面，更重要的展示了多场

协同调控的巨大潜力，为二维电子液体新奇物理效应的探索拓展了新空间。这一工作发表在 Nature

Communications 上 (Nat. Comms. 5, 5554(2014))

图 1 光电协同作用下界面晶格极化引起新型场效应示意图。

22

2. 磁性金属/半导体异质结光伏效应的磁场超敏调控

磁电子学在新一代信息技术上具有巨大潜力，一直是国际上关注的热点。有关工作可以分为两

个方面。一是利用自旋霍尔效应、自旋赛贝克效应以及电子隧穿效应产生与操纵自旋流，这一领域

已经有大量的工作。另一个重要的发展趋势是利用磁场调控半导体内电子的运行轨迹：通过把磁场

直接作用于半导体，利用洛仑兹效应偏转电子轨道，获得电子行为的磁调控。但是，由于常规半导

体对磁场不敏感，所需要的磁场通常很高。已经有各种各样的努力，例如通过样品结构设计以及探

索新的调控机理，以增加半导体的磁场灵敏性，但是效果不是非常理想。因此，探索新的半导体的

磁调控原理仍然是国际上极为关注的问题。我们利用半导体-磁性金属间的强烈关联，通过调控对磁

场更为敏感的磁性金属实现了对半导体内部电子运动行为的低磁场调控，产生明显磁效应的磁场仅

为几个奥斯特。研究发现，利用磁性金属和半导体构成肖脱基结，当以光激发非平衡载流子时，半

导体中的电子和磁性金属中的空穴通过界面势垒和库仑相互作用形成电子-空穴对。当磁场影响磁性

金属的载流子时，同时影响了半导体中电子的扩散行为，进而产生一种新型的磁效应，导致磁性金

属与半导体各自的横向光伏电压随磁场发生变化。研究发现，在 4 Oe下磁性坡莫合金中的横向光伏

变化约为1%，接近坡莫合金的本征各向异性磁电阻；有意思的是，在半导体Si上也观察到了横向光

伏效应随磁场的变化，且相对变化幅度远远高于坡莫合金，高可达3.5%，从而实现了Si中电子过

程的低磁场调控。进一步的，他们确定了影响半导体磁场效应的关键因素，为半导体磁场效应的设

计与调控给出了理论指导。除横向光伏效应，他们还首次发现了由非平衡载流子扩散在坡莫合金中

形成的平面霍尔效应。这些工作，为半导体磁调控拓展了新的研究空间。相应的工作发表在 Advanced

Materials 上 (Adv. Mater. 26, 8059 (2014))

图2 (a）实验装置示意图。通过超声焊接连接 Cu 片与铁磁金属样品。(b) 磁性金属与Si各自的横向光伏电压和

测量电极间距之间的关系。符号是实验数据，实线是理论计算结果。激光功率为 30 mW，波长为650 nm。

23

3. 具有 Ni2In 型六方结构的 MnCoGe 基粘接样品的巨大负热膨胀研究

由于高精密光学和电子学工业对具有特定精确膨胀系数甚至零膨胀复合材料的迫切需求，具有

大的负热膨胀材料越来越吸引了广泛的研究兴趣。MnCoGe 基化合物在马氏体相变附近具有巨大的

晶格负膨胀，中子实验揭示其单胞体积变化大能达到 3.9%。然而由于相变温度窗口狭小并且极易

碎，该类化合物此前未被考虑过作为负热膨胀材料。我们选取了具有磁结构相变的 MnCoGe 基系列

粉末样品，通过加入极少比例的特定环氧树脂胶粘接固化成型从而极大改善了其机械性能。更重要

的是，研究发现由于残余应力对晶格的软化导致样品的结构相变温区大幅度展宽，同时样品原有的

巨大晶格负热膨胀仍然保留。如在 MnCo0.98Cr0.02Ge 粘接固化样品中观察到了平均热膨胀系数高

达-51.5　10-6/，并且操作温区宽达 210K。更有趣的是，在室温附近约 55K 范围内，其膨胀系数

（~119×10-6/K）基本不随温度变化(图 3)。这一结果大大超过已报导的绝大多数候选负热膨胀材料，

具有非常优秀的应用前景。相关结果已发表在美国化学学会期刊 JACS 上，后续研究正在稳步推进。

(J. Am. Chem. Soc. 137, 1746−1749(2015))

图 3. 粘接固化样品 (a) Mn0.97In0.03CoGe, MnCo0.98Cr0.02Ge, and (b) MnCoGe0.99, MnCoGe0.99In0.01的线性热膨胀系数

　L/L（参考温度为 390K）随温度的变化曲线。

4. La1-xSrxCoO3 外延薄膜磁性的应变调节

钙钛矿结构体氧化物 LaCoO3 中晶场劈裂和洪德耦合能量接近，因而在外界扰动下可以发生自

旋态转变，是人们居委关心的研究体系。体材料 LaCoO3 低温下处于低自旋态，处于非磁态。引入

Sr 后，逐渐出现铁磁团簇，当 Sr 含量高于 0.2 后处于铁磁态。近有研究意外发现，利用张应变可

以使 Co3+离子从低自旋进入高自旋态，进而导致 LaCoO3 出现长程铁磁性。这是由自旋态的转变导

致长程磁性的典型例子。研究表明，LaCoO3 的铁磁性产生于超交换。但是，对 Co 基薄膜

La1-xSrxCoO3 应变效应的研究还主要集中于 x=0 和 x>0.3 两类特殊情形，低 Sr 含量时体系的应变

效应研究很少，而这一范围正是超交换-双交换强烈竞争的过渡阶段。为此，我们系统研究了应变对

La1-xSrxCoO3（0<x<0.5）薄膜磁性的影响，理论与实验研究结合，首次建立了成分-应变-自旋磁矩

相图。研究发现，张应变支持高自旋 Co3+ 离子，进而支持 Co 离子之间的超交换，从而导致长程铁

磁性。但是，Sr 引入迅速破坏 Co 离子的高自旋态，每个 Sr 离子使相邻的两个高自旋 Co3+ 离子分

别转变为低自旋离子 Co3+ 以及 Co4+。与体材料完全不同，当 Sr 含量达到 0.1 左右时薄膜进入完全

非磁性态。当 Sr 含量高于 0.25 时，双交换占主导地位，体系再次进入铁磁状态。研究结果表明，对

于 LaCoO3，可以利用张应变使得体系在铁磁-非磁状态间转换。相反，La1-xSrxCoO3（x 0.2　），利用

24

张应变则可驱动体系在非磁-铁磁态间转变。这一工作揭示了 La1-xSrxCoO3 自旋态的调控的机理，不

但加深了对磁状态应变调控的认识，也开拓了体系物性调控的新途径。相关文章发表在 Scientific

reports 上（Scientific Reports 4, 6206 (2014)）

图 4 （a）-（b）张应变 LaCoO3 薄膜与 La0.8Sr0.2CoO3 薄膜磁化强度随着温度、薄膜厚度的变化。（c）饱和磁化强

度随着应变的变化关系。

5. Pr(Ca,Sr)MnO3 薄膜中方向依赖的反常渗流输运和超大电致电阻研究

锰氧化物体系的反常渗流输运和分离各相乃至载流子在空间位置和尺寸上的非均匀分布以及局

域轨道成健方向密切相关，有关问题的研究可深化对复杂氧化物体系奇异物性及渗流机制的认识。

我们通过施加外电场在相分离 Pr(Ca,Sr)MnO3 薄膜中引入各向异性应变场，对其磁电输运特性测量

发现 10kV/cm 电场作用下样品在金属绝缘转变附近出现了方向依赖的显著的反常负热滞后（[100]

方向　-17.5K，[01-1]方向 +4.5K　）。伴随该各向异性的反常热滞后，在面内[100]方向同时出现了高

达 11460%　的超大正电致电阻（图 5）。分析表明该反常渗流输运行为和面内各向异性应变场诱导的

铁磁团簇择向生长及轨道择优占据密切相关。铁磁团簇的择向生长导致升降温过程中铁磁金属和电

荷有序绝缘相相的形状和尺寸的空间分布出现明显差异，使得升温过程电阻率显著高于降温过程从

而诱发反常热滞后。同时，铁磁团簇的择向生长还导致两相在面内不同方向呈现明显的非均匀分布，

使得反常热滞后出现方向依赖性（图 6）。（Scientific Reports, 4, 7075 (2014））

图 5. (011)-Pr0.7(Ca0.6Sr0.4)0.3MnO3/PMN-PT 在外电场作用下的反常渗流输运。

25

图 6.各向异性应变场导致铁磁金属团簇在面内沿拉伸应变较大的方向择优生长，使金属畴沿[01-1]方向拉伸。

6. 应变场诱导的各向异性非易失磁性调控

应变传递的电场控制磁记忆效应研究对实现低能耗高密度、高速的非易失信息存储具有重要的

意义，然而其背后的物理机制仍然存有异议。我们利用(011)-PMN-PT 衬底的各向异性反压电效应，

对宽带 Pr0.7Sr0.3MnO3 薄膜中的电场调控磁性进行了研究。通过在降温过程中引入电场诱导的面内

各向异性应变场，我们在远离居里温度处观察到了面内各向异性的非易失磁性调控(图 7)。分析表明

该各向异性的磁记忆效应来源于各向异性应变场下铁磁畴的取向生长。更有趣的是，我们还发现该

各向异性的磁记忆效应随着温度趋近居里温度而逐渐消失，表明其具有明显的温度依赖性。在综合

分析热扰动下各向异性应变场诱导的亚温磁状态与基态之间势垒的变化后，提出了一个新的非易失

电控磁机制(图 8)，很好地解释了观察到的现象。（Scientific Reports, Accepted）

图 7. 各向异性应变场伴随降温后的(011)-PSMO/PMNPT 薄膜在面内(a) [100]和(b) [01-1]方向的升降温 M-T 曲线（测

量时磁场为 0.02T, 电场为+7.8kV/cm 和 0kV/cm，分别对应红色和蓝色曲线）。插图为降温测量时电场导致的磁化强

度变化对温度的依赖关系。

图 8. (a)零电场（基态）和(b)+7.8kV/cm（亚稳态）伴随降温下 PSMO 薄膜中铁磁畴分布的示意图。图的上半部显示

不同情形下亚稳态和基态之间的能量势垒。

26

7. Pr9Fe85.5B5.5纳米复合磁体的交换耦合作用

纳米复合磁体之所以理论上具有高磁能积，是因为硬磁相晶粒和软磁相晶粒之间存在交换耦合

作用。晶间交换耦合作用不仅存在于软-硬磁相之间使软磁相也具有高矫顽力，同时也存在于硬-硬磁

相晶粒之间使反磁化行为更加一致。在磁弛豫过程中，交换耦合作用克服了硬磁相晶粒的有效各向

异性使磁矩反转，因此磁弛豫现象与交换耦合作用的强弱密切相关。图 9 的插图为样品饱和磁化后

加反向磁场-6.4 kOe，然后将磁场降到零保持 300 秒的磁弛豫过程。图 9 为在各个回复磁场降为零磁

弛豫 300 秒后反转激活的磁矩。在这三种样品中，磁弛豫反转的磁矩差别很大。在处于-3.2~-10 kOe,

样品 B（佳快淬薄带）和 C（过快淬薄带）磁弛豫反转的磁矩大于样品 A（欠过快淬薄带），说

明佳快淬和过快淬薄带硬磁相晶粒的交换耦合作用比欠快淬的强。从图 10 可知，佳快淬样品和

过快淬样品的曲线基本上是一样的，而欠快淬样品大值比其它两个样品低，这证实了佳快淬

和过快淬薄带硬磁相晶粒的交换耦合作用强，而欠快淬薄带的要弱。但根据反磁化曲线的方形度，

过快淬样品软-硬磁相晶粒之间应属于弱交换耦合作用，这是非晶含量多造成的。这些研究说明热激

活可用于检验晶粒之间特别是硬磁相晶粒之间的交换耦合作用。(Appl. Phys. Lett. 104, 052406 (2014))

100 200 300

-0.001

0.000

0.001

0.002

-20 -10 00.000

0.001

0.002

0.003

M/M

s

sample Csample B

sample A

HR=-6.4 kOe

H=0 kOe kept for 300 secs

t (sec)

sample Asample Bsample C

M

activ

e/M

s

HR (kOe)

图 9 回复磁场降为零之后磁弛豫 300 秒后反转激活的磁矩，插图为样品饱和磁化后加反向磁场-6.4 kOe 然后将磁场

降到零保持 300 秒的磁弛豫过程。

0 5 10 15 20

-0.2

0.0

0.2

0.4sample Asample Bsample C

m

H (kOe)

图 10 A, B 和 C 三个样品的曲线

27

8. 通过热激活研究 Pr2Fe14B 磁体不可逆反磁化过程中的自耦合作用

永磁体在晶粒表面缺陷区和内部无缺陷区的磁反转是相互联系的，需同时在两区域形成反磁化

核。在形核过程中不可逆磁反转导致磁畴壁在内部自由位移并决定矫顽力，因此要深入理解反磁化

和矫顽力机制需要对不可逆过程进行研究。热激活源于克服势垒的磁反转，属于不可逆过程，可用

于研究在晶粒内部的反磁化形核过程。从 Pr2Fe14B 纳米晶磁体的磁滞回线我们发现：随着 Pr 含量

的增加，矫顽力随之增加，从晶间耦合的角度，很难找到矫顽力变化的原因。图 11 为在 300 K 得到

的热激活 1200 sec 的激活场，通过激活场可计算出激活尺寸，激活尺寸对应于不可逆反磁化过

程的畴壁尺寸。图 11 的插图说明所有的激活尺寸均大于理论畴壁尺寸。所以，激活体积（不可逆

反磁化的畴壁体积）不仅包含晶粒内部无缺陷区的磁畴壁，还包含部分表面缺陷区的区域。激活体

积可看成已交换耦合体，实际上就是在不可逆反磁化过程中覆盖的自耦合体，如图 11 插图所示，Pr

原子百分比降低，激活尺寸就会增加，这意味着更大的表面缺陷区包含在自耦合体内，导致矫顽力

降低。这些研究说明反磁化过程可通过改善晶粒外层的自耦合性质来调控。（Appl. Phys. Lett. 4,

042403 (2015)）

图 11. 300 K 得到的热激活 1200 sec 的激活场 .

9. 化学压力对 MM’X 磁共结构相变、磁热效应影响以及粘结 La(Fe,Si)13 的力学和磁热效应研究

具有六角 Ni2In 型结构的 MM’X 体系由于丰富的物理特性引起人们越来越多的关注。作为 MM’

X 体系家族的一元，正份 MnCoGe 基合金不具有磁结构耦合。幸运的是，磁交换作用和结构稳定性

均对化学压力敏感，引入不同半径和价电子数的原子可同时调节磁相变和结构相变，可使分离的两

个相变重合。对于 MM’X 体系，高温奥氏相和低温马氏相相比具有小的晶胞参数，人们容易想到，

引入小的原子或者空位将稳定六角相，使结构相变 Tstru 向低温移动。通过引入小的原子或者空位人

们的确实现了磁共结构相变。然而，我们研究工作表明，局域环境的改变并不是影响 Tstru 的唯一途

径，价电子浓度也起到重要作用。In 原子(2.00Å, 5s25p1)和 Mn(1.79Å, 3d54s2), Co(1.67Å, 3d74s2),

Ge(1.52Å, 4s24p2)相比具有大的原子半径和少的价电子数，利用 In 原子替代 MnCoGe 中的任一原子

位置均能产生磁共结构相变 Tmstr，但过量引入 In 替代会导致磁共结构相变退耦合。例如，对于

MnCo1-xInxGe，当 0.005<x<0.02，出现磁共结构相变，Tmstr 位于室温附近（324K-330K），当 In 含

量升高到 x=0.03，出现退耦合，结构相变和磁相变分别位于 Tstru~249 K，Tc 269 K　。通过磁测量，

利用 Maxwell 关系计算得到 5T 磁场下的磁熵变大达到 41.4J/kgK。对于退耦合的样品，马氏结构

相变发生在铁磁马氏相和铁磁奥氏相之间，但由于两相晶体结构对称性的显著不同导致不同的饱和

磁矩，伴随结构相变也出现可观的磁熵变。对于退耦合样品 5T 磁场下的磁熵变幅度达到 17.7J/kgK(图

28

12)。众所周知，La(Fe,Si)13 基巨磁热材料易碎，力学性能差。我们研究了粘结 LaFe11.7Si1.3C0.2H1.8

材料的力学性能和磁热效应，发现引入 3wt.%的环氧树脂胶可使抗压强度增加至 162 MPa，力学性

能大幅改善，磁熵变幅度保持不变(图 13)。（Appl.Phys.Lett. 104, 062407 (2014); J. Appl.Phys. 115,

17A911 (2014)）。

图 12 磁共结构耦合和退耦合样品的磁熵变

图 13 不同胶含量粘结 LaFe11.7Si1.3C0.2H1.8磁熵变和无胶块材对比。

Tuning and controlling of the quantum order of transition-metal oxides/compounds and relevant effects

Brief Introduction

Fabrication, characterization of the heteroepitaxial multilayers of various transition-metal oxides and

their magnetic and spin/charge transport behaviors; effects of surface, intralayer/interlayer coupling, lattice

strains and external stimuli on the quantum order, thus the physical property of transition-metal oxides;

designing and preparation of multifunctional materials/devices; crystal and magnetic structures, magnetic

phase transition, and magnetocaloric effect of rare-earth-transition-metal oxides/compounds, exploration of

novel permanent magnets.

29


1. Electrostatic gating field and light illumination are two widely used stimuli for semiconductor devices.

Via capacitive effect, a gate field modifies the carrier density of the devices, while illumination

generates extra carriers by exciting trapped electrons. Here we report an unusual illumination-enhanced

gating effect in a two-dimensional electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 interface, which has been the

focus of emergent phenomena exploration. We found that light illumination decreases, rather than

increases, the carrier density of the gas when the interface is negatively gated through the SrTiO3 layer,

and the density drop can be 20 times as large as that caused by the conventional capacitive effect. This

effect is further found to stem from an illumination-accelerated interface polarization, an originally

extremely slow process. This unusual effect provides a promising controlling of the correlated oxide

electronics in which a much larger gating capacity is demanding due to their intrinsic larger carrier

density (Nat. Commun. 5, 5554 (2014)).

2. Effects of magnetic effect on the conventional semiconductors have been a focus of intensive study in

recent years. In most of the previous works, the magnetic effect was produced by direct tuning, i.e.,

applying a magnetic field directly to semiconductors to modify the kinetic/dynamic behaviors of the

charge carriers. In this case, usually a field in the magnitude of Tesla is required to get significant

effects. Obviously, a low field magnetic effect is no doubt more important for either fundamental

research or practical application. Unfortunately, it is hardly achieved because of the insensitivity of the

conventional semiconductors to magnetic field. Compared with semiconductors, soft ferromagnetic

(FM) materials are much more susceptible to magnetic field. Through coupling the FM material with

semiconductor, an indirect approach for magnetic tuning could be developed, i.e., tuning the latter by

changing the former. This is particularly important noting the fact that the search for suitable FM

metals is relatively easier. As well established, Permalloy (Ni80Fe20, Py) is a FM material with a very

low coercive force field, usually a few Oersteds, and a large anisotropic magnetoresistance, AMR 2% 　

at room temperature. Ni65Co35 (NC) is another representative AMR material, with a AMR up to 5% at

room temperature.[13] The work functions of the Py and the NC are ~4.7 eV and ~4.9 eV, respectively.

Si is a mostly studied semiconductor. As tabulated, the electron affinity of Si is ~4.3 eV when

electron-doped to ~1015 cm-3 and ~5.0 eV when hole-doped to 1015 cm-3. Due to the difference in

work function (electron affinity), a strong coupling could be created between Si and FM material when

they form a Schottky junction (FM/Si). An important feature of the Schottky junction is the

photovoltaic effect: Illuminating the junction by the photons with an energy higher than interface

barrier or band gap, photocurrent or photovoltage can be generated across the two poles of the diode.

Here we report on a study on the lateral photovoltaic effect for the FM/Si junctions, focusing on its

magnetic tunability. Remarkably, anisotropic photovoltage, driven by a field of several Oersteds,

appears not only in FM layer but also in Si, and its relative change is much larger in the latter than in

the former. In addition to lateral photovoltaic effect, a planar Hall photovoltage, a transverse

photovoltaic effect, is also detected in the FM layer. Key factors affecting the magnetic effect are

determined. The present work demonstrates an effective tuning of the electronic processes in Si by very

low magnetic fields. (Adv. Mater. 26, 8059 (2014))

30

3. Giant negative thermal expansion in bonded MnCoGe-based compounds with Ni2In-type

hexagonal structure. MnCoGe-based compounds undergo a giant negative thermal expansion (NTE)

during the martensitic structural transition from Ni2In-type hexagonal to TiNiSi-type orthorhombic

structure. High resolution neutron diffraction experiments revealed that the expansion of unit cell

volume can be as large as V/V 3.9%. The optimized compositions with concurrent magnetic and 　　

structural transitions have been studied for magnetocaloric effect. However, these materials have not

been considered as NTE materials partially due to the limited temperature window of phase transition.

The as-prepared MnCoGe-based compounds are quite brittle and naturally collapse into powders. By

using a few percents (3-4%) of epoxy to bond the powders, we introduced residual stress in the bonded

samples, and thus realized the broadening of structural transition by utilizing the specific characteristics

of lattice softening enforced by the stress. As a result, giant NTE (not only the linear NTE coefficient

but also the operation　 -temperature window) has been achieved. For example, the average as 　　

much as -51.5 10　 -6/K with an operating temperature window as wide as 210K from 122 to 332K

have been observed in a bonded MnCo0.98Cr0.02Ge compound. Moreover, in the region between 250

and 305K near room temperature, the value (　 -119×10-6/K) remains nearly independent of

temperature. Such an excellent performance exceeds that of most other materials reported previously,

suggesting it can potentially be used as a NTE material, particularly for compensating the materials

with large positive thermal expansions. (J. Am. Chem. Soc. 137, 1746(2015))

4. Anomalous magnetism in strained La1-xSrxCoO3 epitaxial films (0 < x<0.5). Spin state controlling

has always been a focus of intensive studies due to its importance for novel effect exploration and

information technology. Complex oxides with competitive mechanisms are suitable objects of study for

this purpose due to their susceptibility to external stimuli. Perovskite cobaltate La1-xSrxCoO3 (LSCO) is

one of such oxides. Combined effects of lattice strains and hole-doping have been studied for the

LSCO films with 0<x< 0.5. It is found that the lattice strain, either tensile or compressive, destabilizes

the ferromagnetic (FM) state of the epitaxial films, leading to a nonmagnetic state that extensively

exists in a doping window embedding deep into the range of the FM phase in bulk counterparts.

Density functional theory calculations reveal a distinct spin state transition due to the combined effects

of lattice distortion and hole-doping, explaining the unique magnetic behaviors of LSCO.（Scientific

Reports 4, 6206 (2014)）

5. The orientation dependent abnormal percolative transport and positive colossal electroresistance.

Abnormal percolative transport in inhomogeneous systems has drawn increasing interests due to its

deviation from the conventional percolation picture. However, its nature is still ambiguous partly due

to the difficulty in obtaining controllable abnormal percolative transport behaviors. Here, we report the

first observation of electric-field-controlled abnormal percolative transport in (011)-Pr0.7

(Ca0.6Sr0.4)0.3MnO3/0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3 heterostructure. By introducing an

electric-field-induced in-plane anisotropic strain-field in a phase separated PCSMO film, we stimulate

a significant inverse thermal hysteresis (~ -17.5K) and positive colossal electroresistance (~11460%),

which is found to be crucially orientation-dependent and completely inconsistent with the well

accepted conventional percolation picture. Further investigations reveal that such abnormal inverse

31

hysteresis is strongly related to the preferential formation of ferromagnetic metallic domains caused by

in-plane anisotropic strain-field. Meanwhile, it was found that the positive colossal electroresistance

should be ascribed to the coactions between the anisotropic strain and the polarization effect from the

poling of the substrate which leads to orientation and bias-polarity dependencies for the colossal

electroresistance. This work unambiguously evidences the indispensable role of the anisotropic

strain-field in driving the abnormal percolative transport and provides a new perspective for well

understanding the percolation mechanism in inhomogeneous systems. （Scientific Reports, 4, 7075

(2014)）.

6. Anisotropic modulation of magnetic properties and the memory effect in a wide-band

(011)-Pr0.7Sr0.3MnO3/PMN-PT heterostructure. Memory effect of electric-field control on magnetic

behavior in magnetoelectric composite heterostructures has been a topic of interest for a long time.

Although the piezostrain and its transfer across the interface of ferroelectric/ferromagnetic films are

known to be important in realizing magnetoelectric coupling, the underlying mechanism for

nonvolatile modulation of magnetic behaviors remains a challenge. Here, we report on the electric-field

control of magnetic properties in wide-band (011)-Pr0.7Sr0.3MnO3/0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3

heterostructures. By introducing an electric-field-induced in-plane anisotropic strain field during the

cooling process from room temperature, we observe an in-plane anisotropic, nonvolatile modulation of

magnetic properties in a wide-band Pr0.7Sr0.3MnO3 film at low temperatures. We attribute this

anisotropic memory effect to the preferential seeding and growth of ferromagnetic (FM) domains under

the anisotropic strain field. In addition, we find that the anisotropic, nonvolatile modulation of

magnetic properties gradually diminishes as the temperature approaches FM transition, indicating that

the nonvolatile memory effect is temperature dependent. By taking into account the competition

between thermal energy and the potential barrier of the metastable magnetic state induced by the

anisotropic strain field, this distinct memory effect is well explained, which provides a promising

approach for designing novel electric-writing magnetic memories. （Scientific Reports, Accepted）

7. Investigation on intergranular exchange coupling effect in Pr9Fe85.5B5.5 ribbons. Nanocomposite

magnets have a giant energy product, which theoretically owes to the exchange coupling between

magnetically hard phase and soft phase. Actually, exchange coupling exists not only between soft-hard

grains resulting in a strong resistance against magnetization reversal in soft grains, but also between

hard-hard grains leading to more uniform magnetization behaviors. Thermal activation of

magnetization reversal in the reversible magnetization process, originates from magnetization reversal

in hard grains since the exchange coupling energy overcomes the energy barrier, which shed a new

light to probe the exchange coupling effect. From the dependences of the value of magnetization

reversal on field , we find that the values of are larger in samples B and C than in sample A,

which suggests stronger exchange coupling effects in these samples in optimal melt-spun ribbons as

well as in over melt-spun ribbons. We also find that the peaks on curves are nearly the same for

samples B and C, but lower for sample A, which verifies that the exchange coupling effect is strong

both in samples B and C, but weak in sample A. It is expected that thermal activation could be used to

check the exchange coupling between grains, especially between hard-hard grains in nanocomposite

32

magnets. (Appl. Phys. Lett. 104, 052406 (2014)).

8. Irreversible magnetization and self-interaction investigated by thermal activation in Pr2Fe14B

magnets. In permanent magnets, magnetization reversal are strongly dependent and should undergo a

process of reversed domain nucleation both in defect and perfect regions. In the nucleation of reversed

domain the irreversible magnetization results in the free motion of reversed domain inside the grain

and determines the coercivity. It is necessary to investigate the irreversible magnetization to reveal the

mechanism underlying the magnetization reversal and coercivity. Thermal activation is an irreversible

magnetization resulting from the overcoming the energy barrier, which sheds a light to probe the

process of the reversed domain nucleation in perfect region. From the angle of the intergranular

exchange coupling, what causes the variation of coercivity remains unclear and should be further

investigated in these samples. From the fluctuation fields obtained via the thermal activation for

1200 sec of waiting time at temperature of 300 K. The activation size actually corresponds to the

reversed domain wall thickness in the critical behavior of irreversible magnetization. We also find that

all of the activation sizes are larger than the ideal domain wall thickness . Bearing these in mind, it

is believed that the activation volume (i.e. the real domain wall in irreversible magnetization) involves

not only the ideal domain wall in perfect region in the bulk of grain, but a part of the defect region. The

activation volume could be taken as an exchange coupling unit, which is actually the self-interaction

unit between the perfect-defect regions covered in the irreversible magnetization. We find that with the

decrease of Pr atomic percent (the decrease of coercivity) the activation size increases, suggesting that

a larger volume of defect region is involved in the self-interaction unit, therefore resulting in the

decrease of coercivity. These investigations demonstrate that magnetization behavior could be

manipulated by the self-interaction at grain outer layer. （Appl. Phys. Lett. 4, 042403 (2015)）.

9. The effect of chemical pressure on magnetostructural transition and magnetocaloric effect in

MM’X systems; and the studies on mechanical and magnetocaloric properties of bonded

La(Fe,Si)13 materials. Recently, ternary compounds MM’X with hexagonal Ni2In-type structure have

attracted much attention. As a member of MM’X family, the stoichiometric MnCoGe alloy does not

show magnetostructural coupling. Fortunately, both magnetic interactions and crystallographic stability

are sensitive to chemical pressures. Introducing atoms with different radius and valence electron

number can simultaneously tune magnetic and crystallographic transitions and make the two separated

transitions to overlap with each other. As a result, magnetostructural coupling can be created. For the

MM’X family, austenitic hexagonal phase has a smaller unit cell volume than martensitic orthorhombic

phase. This fact prompts one to think that introducing smaller atoms or vacancies may probably

stabilize hexagonal phases and shift Tstru to a lower temperature. Indeed, magnetostructural transition

has been experimentally realized through introducing atom vacancies or smaller atoms. Our studies

reveal that the change of local environments is not the sole route to affect Tstru. We found that

introducing larger atoms with fewer valence electrons can also lower Tstru and create

magnetostructural transition, Tmstr. Indium (In) atom (2.00Å, 5s25p1) has a larger atomic radius but

fewer valence electrons than Mn(1.79Å, 3d54s2), Co(1.67Å, 3d74s2), or Ge(1.52Å, 4s24p2). We found

that the replacement of Mn, Co, or Ge by a little amount of In can create magnetostructural coupling.

33

For MnCo1-xInxGe, the Tmstr locates at a range of 324K-330K for 0.005<x<0.02, but decoupling

occurs as x 0.03. For the coupled samples, the maximal entropy change, S, reaches 41.4J/kgK 　　

under 5T, while for the decoupled ones the S 　 is 17.7J/kgK. As well known, the La(Fe,Si)13-basewd

materials are quite brittle and show bad mechanical properties. We investigated the mechanical and

magnetocaloric properties for the bonded LaFe11.7Si1.3C0.2H1.8. It is found that the introduction of a few

percents of epoxy resin(3wt.%) largely enhances the mechanical properties while keeps the

magnetocaloric effect nearly unchanged. （Appl.Phys.Lett. 104, 062407 (2014); J. Appl.Phys. 115,

17A911 (2014)）

34

M04 组

磁性纳米结构与飞秒磁性

组长：成昭华

组员：张向群杨海涛何为

研究方向简介

磁性材料向“更小和更快”的趋势发展。由于低维量子受限体系中电子的量子效应和维度效应，

表现出磁性纳米结构和小尺度系统与大块材料的磁性明显不同，这些新奇的物理性质不仅有利于技

术应用，也对经典物理学提出了挑战。

激光诱导的飞秒磁性开辟了一个磁学研究的新领域，但如何在更小的时间尺度下探测磁性纳米

结构的自旋非一致进动、自旋－晶格、自旋－自旋和自旋－电子驰豫等超快动力学过程和自旋退相

干过程等方面仍有巨大的挑战。弄清这些基础问题，不但有助于加深对磁性金属纳米结构的了解，

也可为新一代超高密度磁存储信息技术的发展提供理论指导和技术途径。


1. Fe/MgO(001)的非线性自旋动力学的超快探测

随着存储器件的尺寸越来越小，对存储器件的工作频率的要求也越来越高。现阶段磁存储或电

存储器件中的记录单元，其存储状态的转换时间在纳秒。如何提高存储的工作频率，是除提高存储

介质密度外的另外一个需要研究的重要问题。近年来采用采用飞秒激光泵浦磁性金属薄膜，并观察

到了亚皮秒的超快退磁过程。这一现象提供了一种提高存储工作频率到太赫兹的可能，并被国际上

学术界广泛关注。

金属磁性材料被飞秒激光脉冲泵浦后，磁性材料的磁化强度迅速降低，甚至可能降为零，从铁

磁态转变到顺磁态，整个过程能在几百飞秒内完成，这种现象被称为超快退磁。我们在 Fe/MgO(001)

磁性超薄膜中，在时间尺度下观测到非共线自旋动力学行为(图 1)。随着激光功率的提高，诱导二

次谐波出现（图 2），实验表明全光学的泵浦-探测工艺可以用来超灵敏探测磁性薄膜的非线性自旋动

力学行为，为磁性薄膜在高频方面的应用提供一种新的激发和探测方法。

图 1.Fe/MgO(001)静态磁性与超快自旋动力学特性

35

图 2.Fe/MgO(001 二次谐波特性

2. 低场下基于各向异性磁电阻研究 Fe/Si(001)薄膜的磁各向异性

在超薄膜中，形状各向异性、磁晶各向异性和表面各向异性等决定了薄膜的磁各向异性。与此

同时，畴壁位移在磁化翻转过程中也扮演了一个重要角色。如今的研究主要集中在一致转动或畴壁

位移上，研究其详细的磁学性质，而很少涉及到同时存在以上两种磁化翻转机制的研究，这主要是

因为两种机制的混合很难区分到底是哪一种起了主导作用。对于 Fe(001)单晶薄膜而言，磁化翻转过

程恰恰是由一致转动和畴壁位移两种过程共同决定的。在磁化翻转过程中，磁晶各向异性贡献了四

重磁各向异性，并且在有些情况下会因为应力或其它因素引入一个单轴各向异性，同时畴壁位移过

程降低了磁化翻转过程的矫顽力。我们研究了 30 ML 的 Fe/Si(001)的磁各向异性。磁光克尔效应的测

试表明在某些方向下磁滞回线具有典型的 2-jump 的磁化翻转过程的磁滞回线，预示着它的磁化翻转

过程是由一致转动和畴壁位移过程共同完成的。利用各向异性磁电阻测试得到了转矩曲线，同时表

明畴壁位移过程明显影响了我们的拟合结果。因此我们通过计算转矩曲线在磁晶各向异性易轴附近

的斜率来得到磁各向异性，进一步拓展转矩法的应用范围。我们的工作说明在有多种磁化翻转机制

共同起作用时，通过仔细分析其磁化翻转过程以后，其磁各向异性可以通过转矩曲线的斜率得出。

图 3 (a)在各向异性磁电阻和磁光克尔效应测试以及数据分析中所用的坐标系；(b)和(c) 硅衬底再构表面和 FeSi2

缓冲层的低能电子衍射图像；(d)铁单晶薄膜的扫描隧道显微镜图像及低能电子衍射斑点

36

图 4 (a)在不同外场下随角度变化的各向异性磁电阻曲线；(b)不同外场下的转矩曲线 L

3. Fe3O4纳米颗粒/石墨烯/碳纳米管复合电磁材料的制备及其高频性能新型多铁性单晶材料的各

向异性磁热效应

现代通讯领域的快速发展，要求电子微波器件不仅微型化、集成化，而且工作频率越来越高，

但电子信息技术的高频化和集成化已带来严重的电磁干扰和电磁污染，亟需开发新的微波吸收材料

解决电子器件在 GHz 频段工作时带来的近场电磁干扰。由于 Fe3O4 纳米颗粒具有超顺磁性和较高的

饱和磁化强度，因此在具有一定磁损耗的同时，具有远大于块体材料的截止频率。而氧化石墨烯不

仅具有高的比表面积可以作为负载纳米颗粒的良好载体，而且具有良好的热导、力学和电性能，特

别是具有较大的介电损耗。我们在利用原位制备的方法在氧化石墨烯片上生长 Fe3O4 纳米颗粒，然

后通过引入碳纳米管而制备出力学性能优良、柔性的 Fe3O4纳米颗粒/石墨烯/碳纳米管超薄磁性“纸”。

通过拉曼光谱的表征表明 Fe3O4 纳米颗粒和氧化石墨烯有较强的化学键合，而且使氧化石墨烯的有

序度增加、氧化程度减弱。当 Fe3O4纳米颗粒的质量百分比达到 87%时，复合材料的饱和磁化强度

可达到 70emu/g。而高频测试表明，在 2-18GHz的范围内，其反射损耗都超过-10dB，高可超过-30dB。

因此，所制备 Fe3O4 纳米颗粒/石墨烯/碳纳米管柔性超薄磁性“纸”在将来的柔性电子器件中具有潜在

的应用价值。

图 5 (a) Fe3O4 纳米颗粒/石墨烯/碳纳米管超薄磁性“纸”具有较强磁性；(b) Fe3O4 纳米颗粒/石墨烯/碳纳米管复合材料

在磁场作用下从溶液中极易析出；(c)和(d) Fe3O4 纳米颗粒/石墨烯/碳纳米管超薄磁性“纸”具有良好的挠性和韧性。

Magnetic Paper

Magnet

(a) (b) (c) (d)

37

图 6 (a) Fe3O4纳米颗粒，质量百分比为(b)87%、(c)77%、(d)67%的 Fe3O4 纳米颗粒/石墨烯/碳纳米管复合材料的反射

损耗性能。

Magnetic nanostructures and Femtomagnetism

Brief Introduction

The objectives of modern data storage industry can be summarized by the slogan “smaller and faster.”

The rapid development in fabrication and applications of nanostructured magnetic devices drives us to

understand the magnetism of low-dimensional system. By virtue of their extremely small size,

nanomagnets possess significantly different properties from their parent bulk materials. The demands for

the ever-increasing speed of storage of information in magnetic media plus the intrinsic limitations that are

connected with the generation of magnetic field pulses by current have triggered intense searches for ways

to control magnetization by means other than magnetic fields. Manipulating and controlling magnetization

with ultrashort laser pulses has become an alternative approach.

Femtosecond laser pulses offer the intriguing possibility to probe a magnetic system on a time scale that

corresponds to the (equilibrium) exchange interaction, responsible for the existence of magnetic order,

while being much faster than the time scale of spin-orbit interaction(1–10 ps) or magnetic precession

(100–1000 ps). Despite being the subject of intense research for over a decade, the underlying mechanisms

that govern the demagnetization remain unclear. The corresponding mechanism has its origin in relativistic

quantum electrodynamics, beyond the spin–orbit interaction involving the ionic potential. Laser-induced

femtosecond magnetism or femtomagnetism opens a new frontier for a faster magnetic storage device, but

probing such a fast magnetization change is a big challenge.


1. Probing nonlinear magnetization dynamics in Fe/MgO(001) film by all optical pump-probe

technique

38

Nonlinear magnetization dynamics, such as high harmonic generation, frequency mixing, and bistable

response in ferrites and garnets, have been systematically investigated by means of ferromagnetic

resonance (FMR) due to the fundamental importance and the applications in microwave devices. On the

other hand, magnetic materials used in spintronics devices typically are metallic. When the devices are

subjected to the application in high-frequency region, the characterization of the dynamic behaviors under

strong excitation need to be known. However, the eddy current limits the application of traditional FMR

technique to investigate the nonlinear magnetization dynamics of metallic spintronics devices。

We have studied the magnetization dynamics of an epitaxial Fe thin film. The thermal excitation

provided by a pump laser pulse induces a precessional motion of the magnetization, which can be detected

by TR-MOKE. The second harmonic generation was observed when the pump laser fluence was raised

above 7.1 mJ/cm2. A numerical simulation based on the LLG equation was performed to reproduce the

observed magnetization dynamic behaviors in Fe/MgO(001) film and quantitatively explain the frequency

doubling caused by the demagnetization field which is varying during the magnetization precession. Our

work provides a guideline for studying nonlinear magnetization dynamics in ferromagnetic materials by

using the all-optical pump-probe technique.

2. Hysteresis and anisotropy in ultrathin Fe/Si(001) films

It is challenging to investigate the magnetic anisotropy of Fe/Si(001) film in the case a limited magnetic

field strength, when both coherent rotation and domain wall displacement coexist in the magnetization

reversal process. Owing to the domain wall displacement, the magnetization reversal switching field is far

lower than the magnetic anisotropy field, and, consequently, only the magnetization reversal process near

easy axis can be treated as coherent rotation. Here, we record the slope of the magnetic torque curve of an

iron film grown on a Si(001) substrate measured near the easy axis by anisotropic magnetoresistance (AMR)

to separate the coherent rotation of magnetization reversal process from domain wall displacement.

Furthermore, the magnitudes of various magnetic anisotropy constants were derived from the magnetic

torque curves. Our work suggests that the AMR at low fields can clearly separate the detailed contributions

of various magnetic anisotropies when domain wall displacement existed in Fe(001) ultrathin film. We also

report on the hysteresis behavior of such films as measured by magneto-optic Kerr effect.

The MOKE measurements show two-step hysteresis loops and indicate the magnetization reversal

processes may occur by the coherent rotation and domain wall displacement. Our work suggests that the

magnetic anisotropies can be determined from the slope of the torque curve near the easy axis when the

magnetization reversal mechanism is dominated by not only the coherent rotation model but also the

domain wall displacement.

39

M05 组

金属磁性功能材料

组长：胡凤霞

组员：郗学奎王文洪刘恩克陈京兰吴光恒

研究方向简介

本课题组的新型磁性功能材料研究的主要内容是磁相变材料和磁电子学材料，包括新材料发现

和基本物性研究，以及应用开发等几个方面。磁性和相变等物性是化学键和磁交换作用等物理作用

相互竞争的结果。本着这一的思路，采用理论计算和实验相结合的方法，预期材料的磁性、能带结

构、结构稳定性以及其他特性，筛选和评估获得这些实用材料的化合物原型，验证各种物理和化学

的因素的调控结果，发现并合成新的磁性材料。


1. Half-Heusler 合金拓扑绝缘体弱反局域效应和非中心对称超导

如何有效的降低理论预测的 half-Heusler 合金拓扑绝缘体体态电子在输运过程的贡献是目前研

究重点。LuPdBi 的能带在费米面附近由高迁移率的 sp 电子主导，而沿 G-X 方向存在一个由 pd 电子

能带贡献的类范霍夫奇点。基于这种能带结构，实验观测到 Tc~1.7K 的超导转变（上图左），并且输

运测得 LuPdBi 的体迁移率（～300）远低于其它同类半金属材料的迁移率。在此基础上观测到反弱

局域效应，并且通过改变磁场和样品角度，以及利用二维弱反局域效应理论拟合，表明弱反局域具

有二维特征。该结果首次在输运实验上证实了 Heusler 型拓扑绝缘体材料存在表面态。相关结果发表

在【Scientific Reports 4, 5709 (2014)】上。

2. MnNiFeGe 磁相变材料铁磁-反铁磁耦合的平台磁热效应研究

40

首次发现了磁性马氏体相变与马氏体相中的 AFM-FM 变磁转变的室温耦合发生。在

MnNi0.8Fe0.2Ge 中，观察到了由马氏体相变所驱动的 Magneto-volume 效应，并由此推算出了马氏体

相变发生时体系产生的内应力为 350MPa；同时，利用两个连续发生的相变，获得了平台型磁热效应

和大制冷能力。(APL, 105 (2014) 062401)

3. 自旋零能隙半导体预测和实验研究

自旋零能隙半导体 SGS(spin-gapless semiconductors)是兼具半导体和半金属性新型自旋电子学材

料。我们利用第一性原理，理论预测了一大四类元等比 Heusler 合金型自旋零能隙半导体材料。利用

磁控溅射，成功制备出自旋零能隙半导体 Mn2CoAl，并对其输运性质进行了研究。实验证明了该材

料具有半导体输运特性和半金属磁电阻行为。相关结果发表在【Applied Physics Letters 104, 242408

(2014)】上。

4. 钠离子电池材料的 NMR 研究

利用固体核磁共振技术研究了钠离子电池材料 Na3V2(PO4)3中的磁性质和离子占位及动力学行

为，NMR 实验发现只有 M2 占位的钠离子会在 200 - 400K 温度范围有运动致窄效应，而 M1 占位的

钠离子被束缚住，证明了钠离子扩散路径是 M2-M2。NMR 研究结果解释了该材料的充放电行为。

[Adv Func Mater 24 (2014) 4265]

41

Magnetism and applications in metallic functional materials

Brief Introduction

The scope of our research induces, but not restricted to, materials design, physical aspects and potential

applications of novel magnetic materials. The research works mainly focus on design, synthesis and

discovery of various intermallic compounds with magnetic and structural phase transition, high spin

polarization, half-metallic properties, topological insulating characters. The candidated intermetallic

compounds are preliminary selected by using the first-principle calculations, and vaious experimental

measurements are subsequently carried out to characterize the physical properties and to evalueated the

practical effect for the related applications.


1. Weak Antilocalization Effect and Noncentrosymmetric Superconductivity in a Topologically Nontrivial

Semimetal LuPdBi

2. Table like magnetocaloric effect in MnNiFeGe with AFM-FM coupling

3. Magneto-transport properties of oriented Mn2CoAl films sputtered on thermally oxidized Si substrates

4. NMR characterization of Na3V2(PO4)3 ionic battery materials

42

M06 组

多铁性材料与多场耦合效应

组长：孙阳

组员：闫丽琴柴一晟尚大山

研究方向简介

多铁性材料是指同时具有两种以上铁性有序（铁电性、铁磁性、铁弹性）的一类新型材料。如

果两种有序不仅共存，并且具有较强的相互耦合，如磁电耦合，则可以实现用电场来控制材料的磁

性质以及用磁场来改变材料的电学性质。本课题组研究内容包括新型多铁性材料探索，磁电耦合物

理机制和新物理效应研究，发展磁电耦合以及多场耦合实验测量方法和技术。


1. 金属-有机骨架材料中磁化强度的共振量子隧穿

金属-有机骨架材料（Metal-Organic Framework，MOF）是由金属离子与有机分子连接形成长程

有序的一种新型晶体材料，兼有无机材料和有机材料的双重属性，因而表现出独特的物理化学性质。

孙阳研究员、闫丽琴副研究员、研究生田英等首次在一种铁基金属-有机骨架表现了低温下磁化强度

共振量子隧穿行为，表明该体系存在本征的磁性相分离 — 同时存在长程关联的反铁磁有序和孤立

的单离子量子磁体。为了理解这一奇特磁性质，孙阳等提出了一个氢键影响远距离超交换作用

（long-distance superexchange）的模型。这一工作不仅将磁化强度共振量子隧穿效应推广到一个新的

材料体系，并且揭示出氢键可以对有机磁性具有决定性的影响，通过控制氢键的强度、位置、取向

等参数将可以有效地控制有机材料的磁性。研究结果发表于 Phys. Rev. Lett. 112, 017202 (2014)。

图 1. MOF 的结构示意图图 2. MOF 中的磁性共振量子隧穿

2. 金属-有机骨架材料中的磁电耦合效应

利用自主研制的多功能磁电耦合测量系统，精确测量了一种钙钛矿结构 MOF 材料单晶的多铁性

与磁电耦合效应。实验发现其介电常数在发生磁有序相变时出现反常跳跃，并且介电常数在低温磁

有序态强烈依赖于外加磁场，表现出明显的正磁电耦合效应。同时，外加电场可以改变磁有序态的

磁化强度，表现出清晰的逆磁电耦合效应。这些实验结果首次给出了多铁性 MOF 中磁电耦合的强有

43

力证据，表明将有机铁电与磁性金属离子相结合，将会大大拓展多铁性材料和磁电耦合效应的探索

空间。研究结果分别发表于 Sci. Rep. 4, 6062 (2014)和 Phys. Status Solidi RRL 8, 91 (2014)，并被材料

科学门户网站 Materials Views 作为 Research Headline 重点推荐。

图 3. 钙钛矿 MOF 中的磁电耦合效应

3. 发现了一种突破“d0 法则”的新物理机制

在传统铁电氧化物中，电极化通常来源于具有空 3d 轨道的非磁性离子（如 Ti4+）的非中心对称

位移，这一经验规律被称为“d0 法则”。正是由于 d0 法则的限制，传统铁电体无法同时具有磁性，

因而也就难以产生磁电耦合效应。孙阳研究员、柴一晟副研究员、博士生申世鹏等发现了一种打破

d0 法则，由 FeO5 六面体中磁性 Fe3+离子直接产生位移电极化的新机制。通过控制 FeO5 六面体的晶

格参数，可以调控电极化的强度和互相作用。这一新的电极化机制有望产生新型铁电与介电材料。

同时由于 Fe3+离子具有磁矩，有利于磁有序与铁电有序的共存，从而导致如磁性量子顺电体，磁性

铁电体（多铁性）等一系列新材料。研究结果作为快讯(Rapid Comm.)发表于 Phys. Rev. B 90, 180404(R)

(2014)。

图 4 一种由磁性离子产生电极化的新机制

4. 获得了六角铁氧体 Ba1.3Sr0.7Co0.9Zn1.1Fe10.8Al1.2O22的磁电耦合相图

六角铁氧体是一类具有高居里温度的传统磁性材料。近年来，人们发现一些掺杂六角铁氧体具

有复杂的螺旋磁结构，从而可以产生由磁有序导致的铁电极化，是一种第二类多铁性材料。特别是，

在某些六角铁氧体中，施加很低的磁场就能够反转电极化。本年度孙阳研究员、柴一晟副研究员、

博士生申世鹏等成功制备出一种 Y-型六角铁氧体 Ba1.3Sr0.7Co0.9Zn1.1Fe10.8Al1.2O22 单晶样品，详细研究

了其从低温到高温的磁电耦合效应，获得了完整的磁电相图，对于理解和优化六角铁氧体的多铁性

和磁电耦合效应具有指导意义。研究结果发表于 Appl. Phys. Lett. 104, 032905 (2014)。

44

图 5. 六角铁氧体 Ba1.3Sr0.7Co0.9Zn1.1Fe10.8Al1.2O22的磁电相图。

5. 拓扑绝缘体与磁性绝缘体之间的近邻效应研究

拓扑绝缘体的表面态具有许多奇特的性质，人们预期通过一个拓扑绝缘体和磁性绝缘体之间界

面的近邻效应可以有效调节表面态的能隙。以往人们已经研究过拓扑绝缘体与具有面内磁各向异性

的磁性绝缘体之间的近邻效应，而对具有垂直磁各向异性的磁性绝缘体与拓扑绝缘体之间的近邻效

应的研究还很少。本年度孙阳研究员与李永庆研究员等合作，将拓扑绝缘体 Bi2Se3 外延生长在垂直

各向异性磁性绝缘体 BaFe12O19 (0001) 表面，通过测量磁输运行为，发现了显著的近邻效应，表现

出不同于以往任何材料的磁电阻效应。这一工作对于拓扑绝缘体/磁性绝缘体异质结构的研究具有重

要参考价值，论文发表于 Appl. Phys. Lett. 105, 092411 (2014)。

图 6. 拓扑绝缘体 Bi2Se3与磁性绝缘体 BaFe12O19异质结及其反常磁电阻效应。

45

Multiferroic materials and magnetoelectric coupling effects

Brief Introduction

Multiferroics and magnetoeletric effects in complex oxides, organic magnets and ferroeletrics,

ferromagnetic resonance and eletron paramagnetic resonance.


1. We discovered a series of new effects in perovskite metal-organic frameworks, such as the first

observation of resonant quantum tunneling of magnetization at low temperature, and the confirmation of

both direct and converse magnetoelectric effects.

2. We unraveled a new mechanism for electricpolarization based on the displacement of magnetic Fe3+

ions in the FeO5 bipyramid unit.The manipulation of this unique magnetic-ion-induced displacive electric

polarization could open up a promising route to generating unconventional dielectrics, ferroelectrics, and

multiferroics.

3. We have grown single crystal samples of a Y-type hexaferrite Ba1.3Sr0.7Co0.9Zn1.1Fe10.8Al1.2O22 and

realized low magnetic field reversal of electric polarization at various temperatures. Based on these results,

we obtained the magnetoelectric phase diagram.

4. We have investigated the proximity effect between a topological insulator and a magnetic insulator

with large perpendicular anisotropy and observed abnormal magnetoresistance behaviors.

46

M07 组

磁性薄膜的人工自旋结构调控

组长：蔡建旺

组员：张颖胡强孟丽琴

研究方向简介

高速度、高密度、低能耗是磁性电子器件和信息存储技术的基本发展趋势，是薄膜磁性和自旋

相关输运研究不断深入的第一推动力。本课题组主要研究磁性纳米多层结构的生长和相关的磁特性

与磁输运性质，重点研究不同磁有序结构之间的交换耦合、临近效应、垂直磁各向异性、拓扑磁结

构，以及电热磁等物理场对自旋极化电子和纯自旋流输运过程的调控，致力于通过界面效应、自旋-

轨道耦合和物理场的作用，设计开发新型磁电子、磁存储功能材料。


研究了磁性薄膜界面磁各向异性，显著提高了 CoFeB/MgO 薄膜体系的垂直磁各向异性与热稳定

性；结合极化中子谱仪和宏观磁测量，获得“铁磁/反铁磁/铁磁”结构中不同磁有序结构交换作用

导致铁磁层之间 90耦合的直接信息。此外，还研究 YIG/IrMn 薄膜的平面霍尔效应；初步探索了外

禀机制增强自旋霍尔角和自旋赛贝克效应。

1. 高温度稳定性、高垂直各向异性 Mo/CoFeB/MgO 薄膜

图 1. （左）多层膜 Mo/CoFeB/MgO/CoFeB/Mo 经历 400°C 退火 2 小时后在垂直薄膜方向与面内的磁化曲线：(a) Mo(5)/

Co40Fe40B20 (1.2)/ MgO(2)/ Co40Fe40B20(1.2)/ Mo(5)；(b) Mo(5)/ Co40Fe40B20 (0.9)/ MgO(2)/ Co40Fe40B20(1.1)/ Mo(5) (单

位：nm)。（右）经历 400°C 退火 2 小时后多层膜 Mo/CoFeB/MgO/CoFeB/Mo 的微结构表征：(a) Mo(5)/ Co40Fe40B20 (1.2)/

MgO(2)/ Co40Fe40B20(1.2)/ Mo(5) (单位：nm)的横截面高分辨透射电镜图；(b-c) 分别对应图(a)中方块区域“b”和“c”

的快速傅里叶变换衍射图；(d)多层膜的面内选区电子衍射谱。

47

垂直磁化 CoFeB/MgO 结构是发展下一代自旋电子学器件的关键材料，但现有 Ta/CoFeB/MgO

体系的垂直各向异性不够大，尤其温度稳定性非常有限，严重阻碍了垂直磁隧道结性能的优化和器

件的开发。通过 Mo 取代缓冲层 Ta，显著提高 CoFeB/MgO 薄膜的垂直磁各向异性，为重要的是，

相关垂直磁化薄膜的温度稳定性从 300C 提高到 425C，成功获得了以 Mo/CoFeB/MgO 和其相反结

构为上下电极的垂直磁性隧道结多层膜，温度稳定性大幅高于 350C 的器件制备要求。同时，细致

表征了 Ta,Mo/CoFeB/MgO 和其相反结构在不同退火温度下的磁性变化，发现 Mo 层具有对多层结构

扩散原子的阻挡作用，明确了相关联的薄膜微结构特征和高温下 MgO 势垒对原子扩散的化学驱动

力。高稳定性 Mo/CoFeB/MgO 薄膜的获得为发展高速度、高密度垂直磁化自旋电子器件开劈了一条

较为现实的途径，相关结果发表于【Scientific Reports 4, 5895 (2014)】。

2. YIG/IrMn 薄膜的平面霍尔效应

借助钇铁石榴石（YIG）的完全绝缘特性，通过 YIG/IrMn 双层结构的平面霍尔效应的测量对“铁

磁/反铁磁”交换偏置体系中反铁磁的磁结构进行表征。实验结果表明反铁磁 IrMn 界面存在未补偿

磁矩，在钉扎截止温度以下，未补偿磁矩表现出了交换偏置特有的单向各向异性；在钉扎截止温度

以上，IrMn 的未补偿磁矩随 YIG 磁矩一致运动，相关结果发表于【Applied Physics Letters 105, 262401

(2014)】。

Manipulation of spin orientations and spin-related transpotation in magnetic

multilayered thin-film structures

Brief Introduction

Extensive study of magnetic multilayered thin-film structures over the past two decades has led to the

rapid progress of the magneto-electronic devices and information storage technology, and the lasting

pursuit of higher speed, higher density magnetic recording and continuing miniaturized magnetic

functioning parts have been challenging all available magnetic materials and fabrication protocols as well

as the established magnetism theories.

Aiming at spin orientation control and spin transportation manipulation, our research focuses on

artificial spin structures of novel materials with enhanced magnetic and/or magneto-electronic properties.

In addition to the controllable thin-film structure fabrication, our current research involves

collinear/noncollinear exchange coupling, exchange bias, magnetic proximity effect, perpendicular

magnetic anisotropy as well as spin related transport properties, including giant magnetoresistance/

anisotropic magnetoresistance/spin Hall magnetoresistance, anomalous Hall effect/spin Hall effect, and

anomalous Nernst effect/spin Seebeck effect etc.

48


Interfacial magnetic anisotropy, magneto-transport properties of magnetic films have been investigated.

The perpendicular magnetic anisotropy and its thermal stability of the CoFeB/MgO films have been

significantly improved. We have also observed 90 magnetic coupling in a NiFe/FeMn/biased NiFe multilayer

system through polarized neutron reflectometry and magnetometric measurements. In addition, the transport

property of an antiferromagnetic film in exchange bias systems without the ferromagnet contribution has

been explored. The following is a brief introduction of the thermally robust Mo/CoFeB/MgO films with

strong perpendicular magnetic anisotropy and the planar Hall effect in YIG/IrMn films.

1. Thermally robust Mo/CoFeB/MgO trilayers with strong perpendicular magnetic anisotropy

The recent discovery of perpendicular magnetic anisotropy (PMA) at the CoFeB/MgO interface has

accelerated the development of next generation high-density non-volatile memories by utilizing

perpendicular magnetic tunnel junctions (p-MTJs). However, the insufficient interfacial PMA in the typical

Ta/CoFeB/MgO system will not only complicate the p-MTJ optimization, but also limit the device density

scalability. Moreover, the rapid decreases of PMA in Ta/CoFeB/MgO films with annealing temperature

higher than 300 °C will make the compatibility with CMOS integrated circuits a big problem. By replacing

the Ta buffer layer with a thin Mo film, we have increased the PMA in the Ta/CoFeB/MgO structure by

20%. More importantly, the thermal stability of the perpendicularly magnetized (001)CoFeB/MgO films is

greatly increased from 300°C to 425°C, making the Mo/CoFeB/MgO films attractive for a practical p-MTJ

application. We have also demonstrated that the interdiffusion of Ta during the heat treatment is effectively

hampered by a thin Mo layer, showing the crucial role of Mo as a diffusion barrier in spintronic materials.

2. Planer Hall effect in Y3Fe5O12/IrMn films

The exchange bias in ferromagnet/antiferromagnet (FM/AFM) heterostructures has become an integral

part in modern spintronic devices such as hard disk drive read heads. It is widely accepted that

uncompensated interfacial AFM spins play a crucial role in exchange bias. The exchange bias phenomenon

was ever extensively investigated through anisotropic magnetoresistance (AMR) and planar Hall effect

(PHE) measurements. However, the AMR/PHE signal mostly comes from the FM layer and the

magneto-transport behavior of the corresponding AFM layer is lacking. In this work, in order to explore the

AFM transport property in exchange bias systems with the FM contribution completely excluded, the AFM

IrMn layer is deposited on the insulating FM material Y3Fe5O12 (YIG). The magnetic field angular

dependence of PHE is observed from 10K to 300K below 2 kOe, suggesting the existence of

uncompensated spins at YIG/IrMn interface. And also a hysteresis derived from unidirectional anisotropy is

observed in the PHE- curves at 10K in YIG/IrMn films. In contrast, the GGG/IrMn films shows isotropic 　

behavior at both 10K and 300 K. The present work will give direct information of the IrMn spins modified

by the adjacent FM films.

49

2. 期刊论文与会议论文

2014 年发表期刊论文

1. Visible-light-enhanced gating effect at the LaAlO3/SrTiO3 interface，Lei Y, Li Y, Chen YZ, Xie

YW, Chen YS, Wang SH, Wang J, Shen BG, Pryds N, Sun JR，Nature communications，5 (2014)5554.

2. Quantum Tunneling of Magnetization in a Metal-Organic Framework，Tian Y, Wang W, Chai YS.,

Cong JZ, Shen SP, Yan LQ, Wang SG, Han XF, Sun Y，Physical Review Letters，112（2014）127102. 3. Magnetic tuning of the photovoltaic effect in Silicon-based schottky junctions，Wang SH, Wang

WX, Zou LK, Zhang X, Cai JW, Sun ZG, Shen BG, Sun JR，Wang SH, Wang WX, Zou LK, Zhang X,

Cai JW, Sun ZG, Shen BG, Sun JR，Advanced Materials，26 (2014)8059.

4. Controlling spin-dependent tunneling by bandgap tuning in epitaxial rocksalt MgZnO films，Li

D.L, Ma QL, Wang SG, R. C. C. Ward, T. Hesjedal, Zhang XG, A. Kohn, E. Amsellem,. Yang G, Liu

JL, Jiang J, Wei HX, Han XF，Scientific Reports，4 (2014)7277.

5. Anomalous magnetism in strained La1-xSrxCoO3 epitaxial films (0≤x≤0.5)，Yang HW, Zhang HR,

Li Y, Wang SF, Shen X, Lan QQ, Meng S, Yu RC, Shen BG, Sun JR，Scientific Reports，4

(2014)006206.

6. Evolution of conduction channel and its effect on resistance switching for Au-WO3-x-Au devices，

Hong DS, Chen YS, Li Y, Yang HW, Wei LL, Shen BG, Sun JR，Scientific Reports，4 (2014)4058.

7. Abnormal percolative transport and colossal electroresistance induced by anisotropic strain

in(011)-Pr0.7(Ca0.6Sr0.4)0.3MnO3/PMN-PT heterostructure，ZhaoYY, Wang J, Kuang H, Hu FX,

Zhang HR, Liu Y, Zhang Y，Scientific reports，4 (2014)07075.

8. Weak Antilocalizaton effect and Noncentrosymmetric Superconductivity in a Topologically

Nontrivial Semimetal LuPdBi，Xu GZ, Wang WH, Zhang XM, Du Y, Liu EK, Wang SG, Wu GH,

Liu ZH, Zhang XX，Scientific Reports，4 (2014)5709.

9. Cross coupling between electric and magnetic orders in a multiferroic metal-organic

framework，Tian Y, Stroppa A, Chai YS, Yan LQ, Wang SG, Barone P, Picozzi S, Sun Y, Scientific

Reports, 4 (2014)6062.

10. Thermally robustMo/CoFeB/MgO trilayers with strong perpendicular magnetic anisotropy，Liu

T, Zhang Y, Cai JW, Pan HY，Scientific Reports，4(2014)5895.

11. Giant electrical modulation of magnetization in Co40Fe40B20/Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3(011)

heterostructure，Zhang S, Zhao YG, Xiao X, Wu YZ, Syed Rizwan, Yang LF, Peisen Li, Wang JW,

Zhu MH, Zhang HY, Jin XF, Han XF，Scientific Reports，4 (2014)3727.

12. Large and robust electrical spin injection into GaAs at zero magnetic field using an ultrathin

CoFeB/MgO injector，Liang SH, Zhang TT, P. Barate, J. Frougier, M. Vidal, P. Renucci, Xu B, H.

Jaffr`es, J.-M. George, X. Devaux, M. Hehn, X. Marie, S. Mangin, ang HX, A. Hallal, M. Chshiev, T.

Amand, Liu HF, Liu DP, Han XF, Wang ZG, Lu Y，Physical Review B，90 (2014)085310.

13. Anomalous Hall effect in amorphous Co40Fe40B20，Su G, Li YF, Hou DZ, Jin XF, Liu HF, and Wang

SG，Physical Review B，90 (2014) 075311.

50

14. Magnetic-ion-induced displacive electric polarization in FeO5 bipyramidal units of

(Ba,Sr)Fe12O19 hexaferrites，Shen SP, Chai YS, Cong JZ, Sun PJ, Lu J, Yan LQ, Wang SG, Sun Y，

Physical Review B，90 (2014)180404.

15. Symmetry-dependent electron-electron interaction in coherent tunnel junctions resolved by

measurements of zero-bias anomaly，Liu L, Niu J, Xiang L, Wei J, Li DL, Feng JF, Han XF, Zhang

XG, J. M. D. Coey，Physical Review B，90 (2014)195132.

16. Deposition of cobalt atoms onto Alq3 films: A molecular dynamics study，Wang YP, Han XF,

James N. Fry, Jeffrey L. Krause, Zhang XG, Cheng HP，Physical Review B，90 (2014)075311.

17. Magnetic domain-wall motion twisted by nanoscale probe-induced spin transfer，Wang J, Xie LS,

Wang CS, Zhang HZ, Shu L, Bai J, Chai YS, Zhao X, Nie JC, Cao CB, Gu CZ, Xiong CM, Sun Y, Shi

J, Salahuddin S, Xia K, Nan CW, Zhang JX，Physical Review B，90 (2014)224407.

18. Reply to “Comment on ‘Hybrid magnetoresistance in the proximity of a ferromagnet’ ”， Huang

S Y, Qu D, Cai JW, Miao BF, Chien CL，Physical Review B，90 (2014)016402.

19. Exchange-biased hybrid ferromagnetic-multiferroic core-shell nanostructures，Shi DW, K. Javed,

S. S. Ali, Chen JY, Li PS, Zhao YG, Han XF，Nanoscale，6 (2014)7215.

20. Perpendicular magnetic anisotropy in TaC40Fe40B20MgAl2O4 structures and perpendicular

CoFeBMgAl2O4CoFeB magnetic tunnel junction，Tao BS, Li DL, Yuan ZH, Liu HF, S. S. Ali,

Feng JF, Wei HX, Han XF, Liu Y, Zhao YG, Zhang Q, Guo ZB, and Zhang XX, Applied Physics

Letters，105 (2014)079437. 21. Tunneling magnetoresistance in Fe3Si/MgO/Fe3Si(001) magnetic tunnel junctions，Tao L.L, Liang

SH, Liu DP. Wei HX, Wang Jian, and Han XF，Applied Physics Letters，104 (2014)172406.

22. High-frequency switching of magnetic bistability in an asymmetric double disk nanostructure，

Maxim E. Stebliy, Alexey V. Ognev, Alexander S. Samardak, Alexander G. Kolesnikov，Ludmila A.

Chebotkevich, Han XF，Applied Physics Letters，104 (2014)112405.

23. Electrical spin injection into InGaAs/GaAs quantum wells: A comparison between MgO tunnel

barriers grown by sputtering and molecular beam epitaxy methods，P. Barate, Liang S, Zhang TT,

J. Frougier, M. Vidal, P. Renucci, X. Devaux, B. Xu, H. Jaffre`s, J. M. George, X. Marie, M. Hehn, S.

Mangin, Y. Zheng, T. Amand,.Tao B, Han XF, Wang Z, and. Lu Y，Applied Physics Letters，105

(2014)012404.

24. Joule heating-induced coexisted spin Seebeck effect and spin Hall magnetoresistance in the

platinum/Y3Fe5O12 structure，Wang WX, Wang SH, Zou LK, Cai JW, Sun ZG, Sun JR，Applied

Physics Letters，105 (2014)182403.

25. In-situ observation of self-regulated switching behavior in WO3-x based resistive switching

devices，Hong DS, Wang WX, Chen YS, Sun JR, Shen BG，Applied Physics Letters，105

(2014)113504.

26. Investigation on intergranular exchange coupling effect in Pr9Fe85.5B5.5 ribbons，Li ZB, Zhang M,

Wang LC, Shen BG, Zhang XF, Li YF, Hu FX, Sun JR，Applied Physics Letters，104 (2014)052406.

27. Oxygen vacancies induced switchable and nonswitchable photovoltaic effects in

Ag/Bi0.9La0.1FeO3/La0.7Sr0.3MnO3 sandwiched capacitors，Gao RL, Yang HW, Chen YS, Sun JR,

Zhao YG, Shen BG，Applied Physics Letters，104 (2014)031906.

51

28. Visible light illumination-induced phase transition to the intermediate states betweenthe metallic

and insulating states for the LaAlO3/SrTiO3 interfaces，Lei Y, Sun JR，Applied Physics Letters，

105(2014)241601.

29. Hysteresis and Anisotropyin Ultrathin Fe/Si(001) Films，Ye J, He W, Wu Q, Hu B, Tang J, Zhang

XQ, Chen ZY, and Cheng ZH，Applied Physics Letters，105 (2014)102406.

30. Probingnonlinear magnetization dynamics in Fe/MgO(001) film by all optical

pump-probetechnique，He W, Hu B, Zhan QF, Zhang XQ, and Cheng ZH，Applied Physics Letters，

104 (2014)142405.

31. A coupling of martensitic and metamagnetic transitions with collective magneto-volume and

table-like magnetocaloric effects，Liu EK, Wei ZY, Li Y, Liu GD, Luo HZ, Wang WH, Zhang HW,

Wu GH，Applied Physics Letters，105(2014)062401.

32. Magnetic field reversal of electric polarization and magnetoelectric phase diagram of the

hexaferrite Ba1.3Sr0.7Co0.9Zn1.1Fe10.8Al1.2O22,，Shen SP, Yan LQ, Chai YS, Cong JZ, Sun Y，Applied


33. Magneto-transport properties of oriented Mn2CoAl films sputtered on thermally oxidized Si

sbustrates，Xu GZ, Du Y, Zhang XM, Zhang HG, Liu EK, Wang WH, Wu GH，Applied Physics

Letters，104 (2014)242408.

34. Proximity effect between a topological insulator and a magnetic insulator with large

perpendicular anisotropy，Yang WM, Yang S, Zhang QH, Xu Y, Shen SP, Liao J, Teng J, Nan CW,

Gu L, Sun Y, Wu KH, Li YQ，Applied Physics Letters，105 (2014)092411.

35. Exchange bias field induced symmetry-breaking of magnetization rotation in two dimension，Cui

B, Song C, Sun Y, Wang YY, Zhao YL, Li F, Wang GY, Zeng F, Pan F，Applied Physics Letters，105

(2014)152402.

36. Planar Hall effect in Y3Fe5O12IrMn films，Zhang X, Zou LK，Applied Physics Letters，

105(2014)262401.

37. Spin dependent transport properties of Mn-Ga/MgO/Mn-Ga magnetic tunnel junctions with

metal (Mg, Co, Cr) insertion layer， Liang SH, Tao LL, Liu DP, Lu Y and Han XF，Journal of

Applied Physics，115 (2014)133902.

38. Post magnetic field annealing effect on magnetic and structural properties of Co80Pt20 nanowires

and nanotubes fabricated by electrochemical method，S. S. Ali, K. Javed, Shi DW, Tao LL, Jiang J,

Zhai GJ, and Han XF，Journal of Applied Physics，115 (2014)17A762.

39. Reversible modulation of electric transport properties by oxygen absorption and releasing on

Nb:SrTiO3 surface，Lu HX, Liu YB, Chen YS, Wang J, Shen BG, Sun JR，Journal of Applied

Physics，116 (2014)173710.

40. Magnetic anisotropy reversal by shear stress in (110)-orientated La2/3Ca1/3MnO3 films，Li Y, Sun

JR, Zhang J, Shen BG，Journal of Applied Physics，116 (2014)043916.

41. Large magnetocaloric effect with a wide working temperature span in the R2CoGa3 (R = Gd, Dy,

and Ho) compounds, Wang LC, Cui L, Dong QY, Mo ZJ, Xu ZY, Hu FX, Sun JR, Shen BG, Journal

of Applied Physics，115 (2014)233913.

42. Effect of substitution of In for Co on magnetostructural coupling and magnetocaloric effect in

52

MnCo1-xInxGe compounds, Wu RR, Bao LF, Hu FX, Wang J, Zheng XQ, Liu Y, Sun JR, Shen BG，

Journal of Applied Physics，115 (2014)17A911.

43. Influence of lattice strain on charge/orbital ordering and phase separation in

Pr-0.7(Ca0.6Sr0.4)0.3MnO3 thin films，Zhao YY, Wang J, Hu FX, Kuang H, Wu RR, Zheng XQ, Sun JR,

Shen BG，Journal of Applied Physics，115 (2014)17D708.

44. Magnetic properties and magnetocaloric effects of GdxEr1-xGa(0≤x≤1) compounds，Zheng XQ,

Chen J, Wang LC, Wu RR, Hu FX, Sun JR, Shen BG，Journal of Applied Physics，115(2014)17A905.

45. Nearly constant magnetic entropy change and adiabatic temperature change in PrGa compound,

Zheng XQ, Chen J, Xu ZY, Mo ZJ, Hu FX, Sun JR, Shen BG，Journal of Applied Physics，115

(2014)17A938.

46. Successive inverse and normal magnetocaloric effects in HoFeSi compound，Zhang H, Sun YJ,

Yang LH, Niu E, Wang HS, Hu FX, Sun JR, Shen BG，Journal of Applied Physics，115 (2014)063901.

47. Unsymmetrical Magnetization Switching In Fe/Si(001)Single Crystalline Film Induced By Weak

Bias Field，Ye J, He W, Wu Q, Hu B, Tang J, Zhang XQ, Chen ZY, and Cheng ZH，Journal of Applied

Physics，115 (2014)123910.

48. A new class of topological insulators from I-II-IV half-Heusler compounds with strong band

inversion strength，Zhang XM, Xu GZ, Du Y, Liu EK, Liu ZY, Wang WH, Wu GH，Journal of

Applied Physics，115(2014)083704.

49. Structural, magnetic, and transport properties of sputtered hexagonal MnNiGa thin films，Li YQ,

Liu EK, Wu GH, Wang WH, Liu ZY，Journal of Applied Physics，116(2014)223906.

50. Interface-modification-enhanced tunnel electroresistance in multiferroic tunnel junctions，Mao

HJ, Miao PX, Cong JZ, Song C, Cui B, Peng JJ, Li F, Wang GY, Zhao YG, Sun Y, Xiao LR, Pan F，

Journal of Applied Physics，116 (2014)053703.

51. Magnetic properties and magnetocaloric effect in the RCu2Si2 and RCu2Ge2 (R=Ho, Er)

compounds，Mo ZJ, Shen J, Yan LQ, Gao XQ, Wang LC, Tang CC, Wu JF, Sun JR, Shen BG，Journal

of Applied Physics，115 (2014) 073905.

52. Evolution of magnetic properties and magnetocaloric effect in TmNi1−xCuxAl (x=0, 0.1, 0.3, 0.5,

0.7, 0.9, 1) compounds，Mo ZJ, Shen J, Chen GF, Yan LQ, Zheng XQ, Wu JF, Tang CC, Sun JR, Shen

BG，Journal of Applied Physics，115 (2014) 17A905.

53. �90deg magnetic coupling in a NiFe/FeMn/biased NiFe multilayer spin valvecomponent

investigated by polarized neutron reflectometry，Callori SJ, Bertinshaw J, Cortie DL, Cai JW, Le

Brun AP, Zhu T, Klose F，Journal of Applied Physics，116 (2014)033909.

54. Structure and magnetic properties of low-temperature phase Mn-Bi nanosheets with ultra-high

coercivity and significant anisotropy, Liu RM, Zhang M, Niu E, Li ZB, Wu RR, Zheng XQ, Zuo

WL, Shen BG, Sun JR, Hu FX，Journal of Applied Physic , 115 (2014)17A742

55. Preparation of a heteroepitaxial LaxSryMnzO3/BiFeO3 bilayer by r.f. magnetron sputtering with

various oxygen gas flow ratios，H. Naganuma, T.Ichinose, H. A. Begum, S. Sato, Han XF, T.

Miyazaki, In-T. Bae, M. Oogane, Y. Ando，AIP Advances，4 (2014)087133.

56. Low frequency noise peak near magnon emission energy in magnetic tunnel junctions，Liu L,

Xiang L, Guo HQ, Wei J, Li DL, Yuan ZH, Feng JF, Han XF, J. M. D. Coey，AIP Advances，4

53

(2014)127102.

57. Control of conductoance and magntoresistance of molecular junctions，Wang YP，Cheng H-P, Tao

LL, and Han XF，SPIN，4 (2014)1440011.

58. Organic Spintronics：Past, Present and Future，Lv XR, Liang SH, Tao LL Tao, and Han XF，SPIN，

4 (2014)1440013.

59. Magnetic Field Annealing Effects on Magnetic Properties of Electrodeposited Co/Cu

Multilayered Nanowires，K. Javed, Shi DW, S. S. Ali, Jiang J, Liu P, and Han XF，IEEE Transactions

on Magnetics，50 (2014) 2301704 .

60. Co/Pt Multilayers on Self-Organized Hexagonal Patterned Nanodots，Shi DW, P. K. Greene, Liu P,

K. Javed, Liu K, and Han XF，IEEE Transactions on Magnetics，50 (2014) 2303004 .

61. Transport Properties in Sputtered CoFeB /MgAl2O4/CoFeB Magnetic Tunnel Junction，Tao BS,

Li DL, Liu HF, Wei HX, Feng JF, Wang SG, and Han XF，IEEE Transactions on Magnetics，50 (2014)

4401004.

62. Oxygen vacancies induced enhancement of photoconductivity，Gao RL, Fu CL, Cai W, Chen G,

Deng XL, Yang HW, Sun JR, Zhao YG, Shen BG，Materials Research Express，1 (2014)035016.

63. Magnetic and magnetocaloric properties of equiatomic alloys RAl (R = Ho and Er), Yang LH,

Zhang H, Hu FX, Sun JR, Pan LQ, Shen BG, Journal of Alloys and Compounds，596 (2014)58.

64. Effect of cooling oxygen pressure on the photoconductivity in Bi0.9La0.1FeO3 thin films，Gao RL,

Yang HW, Chen YS, Sun JR, Zhao YG, Shen BG，Journal of Alloys and Compounds，591 (2014)346.

65. Magnetocaloric effect and martensitic transition in Ni50Mn36-xCoxSn14，Yang LH, Zhang H, Hu FX,

Sun JR, Pan LQ, Shen BG，Journal of Alloys and Compounds，588 (2014)46.

66. Low-temperature large magnetocaloric effect in the antiferromagnetic CeSi compound，Wang

LC, Dong QY, Lu J, Shao XP, Mo ZJ, Xu ZY, Sun JR, Hu FX, Shen BG，Journal of Alloys and

Compounds，587 (2014)10.

67. Evolution of magnetostructural transition and magnetocaloric effect with Al doping in

MnCoGe1-xAlx compounds，Bao LF, Hu FX, Wu RR, Wang J, Chen L, Sun JR, Shen BG, Li L, Zhang

B, Zhang XX，Journal of Physics D-Applied Physics，47 (2014)055003.

68. Magnetic properties and magnetocaloric effect in SmNiC2 compound，Dong QY, Wang LC, Chen

J, Zhang XQ, Sun JR, Shen BG，Solid State Communications，179 (2014)20.

69. Mechanism of switchable and nonswitchable short-circuit photocurrent accompanying

polarization switching in Bi0.9La0.1FeO3 thin films，Gao RL, Yang HW, Chen YS, Sun JR, Zhao YG,

Shen BG，Europhysics Letters-A Letters Journal Exploring，105 (2014)37008.

70. The study of open circuit voltage in Ag/Bi0.9La0.1FeO3/La0.7Sr0.3MnO3 heterojunction structure，

Gao RL, Yang HW, Chen YS, Sun JR, Zhao YG, Shen BG，Physica B-Condensed Matter，432

(2014)111.

71. Determination of magnetic anisotropy constant ofCu/Fe/SiO2Si by magneto-optical Kerr effect

susceptometer，Jia YJ, He W, Ye J, Hu B, Chen ZY., Gao YH, Zhang XQ, Yang HT, and Cheng ZH，

Chinese Physics B，23 (2014)017502.

72. Synthesis and microwave absorption property offlexible magnetic film based on graphene

oxide/carbon nanotubes and Fe3O4 nanoparticles，Wang LN, Jia XL, Li YF, Yang F, Zhang LQ, Liu

54

LP, Ren X, and Yang HT，Journal of materials chemistry A，2 (2014)14940.

73. Undercooling growth and magnetic characterization of ferromagnetic shape memeory alloy

Ni2FeGa single crystals，Qian JF, Zhang HG, Chen JL, Wang WH, Wu GH，Journal of Crystal

Growth，388 (2014)107.

74. Structural, magnetic and transport properties of Co2FeAl Heusler films with varying thickness，

Wang XT, Li YQ, Du Y, Dai XF, Liu GD, Liu EK, Liu ZY, Wang WH, Wu GH，Journal of Magnetism

and Magnetic Materials，362 (2014)52.

75. Magnetic properties and magnetocaloric effect in the HoNi1-xCuxIn (x=0,0.1,0.3,0.4)intermetallic

compounds，Mo ZJ, Shen J, Yan LQ, Tang CC, He XN, Zheng XQ, Wu JF, Sun JR, Shen BG，Journal

of Magnetism and Magnetic Materials，354 (2014) 49.

76. Atomic site occupation determined by magnetism in the Heusler alloy Mn2CoGa doped with C，

Zhang YJ, Li GJ, Liu EK, Chen JL, Wang WH, Meng FB, Wu GH，Physica B，454(2014)1.

77. Electronic structure, magnetism and phase stability of isostructural Ga2MnCo-Ga2MnV Heusler

alloys from first principles，Chen JH, Liu EK, Luo HZ, Wang WH, Zhang HW, Wang SG, Cai JW,

Wu GH，Computational Materials Science，89 (2014)130.

78. NMR investigation of atomic and electronic structures of half-Heusler topologically nontrival

semimetals，Shi CL, Xi XK, Hou ZP, Zhang XM, Xu GZ, Liu EK, Wang WQ, Wang WH, Chen JL,

Wu GH，Physical Status Solidi B，1 (2014)1002.

79. Electric control of magnetism in a multiferroic metal–organic framework，Tian Y, Cong JZ, Shen

SP, Chai YS, Yan LQ, Wang SG, Sun Y，Physica Status Solidi (RRL)，8 (2014) 91.

80. Low-Temperature Phase Transition in AgNbO3，Zhang TS, Zhang CY, Wang L, Chai YS, Shen SP,

Sun Y, Yuan HM, Feng SH，Journal of American Ceramic Society，97 (2014)1895.

81. 现代透射电子显微镜技术在多铁材料研究中的应用，杨槐馨，李俊，张颖，马超，李建奇，物

理，43 (2014)105.

2015 年（1-3 月）发表期刊论文

1. Giant Negative Thermal Expansion in Bonded MnCoGe-Based Compounds with Ni2In-Type

Hexagonal Structure，Zhao YY, Hu FX, Bao LF, Wang J, Wu H, Huang QZ, Wu RR, Liu Y, Shen FR,

Kuang H, Zhang M, Zuo WL, Zheng XQ, Sun JR, Shen BG, Journal of the American Chemical Society

5(2015)137.

2. Anisotropic modulation of magnetic properties and the memory effect in a wide-band

(011)-Pr0.7Sr0.3MnO3/PMN-PT heterostructure, Zhao YY, Wang J, Kuang H, Hu FX, Liu Y, Wu RR,

Zhang XX, Sun JR, Shen BG, Scientific Reports 09(2015)668.

3. Evolution of Ni nanofilaments and electromagnetic coupling in the resistive switching of NiO,

Luo YX, Zhao DY, Zhao YG, Chiang FK, Chen PC,Guo MH, Luo NN, Jiang XL, Miao PX, Sun Y,

Chen AT, Lin Z, Li JQ, Duan WH, Cai JW and Wang YY, Nanoscale，7(2015)642.

4. Au–ZnO hybrid nanoparticles exhibiting strong charge-transfer-induced SERS for recyclable

SERS-active substrates，Liu LP, Yang HT, Ren X, Tang J, Li YF, Zhang XQ, and.Cheng ZH，

Nanoscale，(2015) DOI: 10.1039/c5nr00491h

55

5. Enhanced exchange bias in IrMn/CoFe deposited on self-organized hexagonally patterned

nanodots，Li WJ, Shi DW, P. K. Greene, K. Javed, Liu K and Han XF，Applied Physics Letters，106

(2015) 072409.

6. Temperature dependence of microwave oscillations in magnetic tunnel junctions with a

perpendicularly magnetized free layer，Guo P, Feng JF, Wei HX, Han XF, Fang B, Zhang BS, and

Zeng ZM，Applied Physics Letters，106 (2015) 012402.

7. Origin of ferromagnetism in aluminum-doped TiO2 thin films: Theory and experiments，Wang

XJ, Song YL, Tao LL, Feng JF, Sui Y, Tang J, Song B, Wang Y, Wang Y, Zhang Y, and Han XF，

Applied Physics Letters，105 (2015) 262402.

8. Effect of epitaxial strain on small-polaron hopping conduction in Pr0.7(Ca0.6Sr0.4)0.3MnO3 thin films，

Wang J, Hu FX, Zhao YY, Liu Y, Wu RR, Sun JR, Shen BG，Applied Physics Letters 106(2015)102406.

9. Irreversible magnetization and self-interaction investigated by thermal activation in Pr2Fe14B

magnets, Li ZB, Zhang M, Zhang Y, Sun JR, Shen BG, Hu FX, Applied Physics Letters, 106

(2015)042403.

10. Transition from semiconducting to metallic-like conducting and weak antilocalization effect in

single crystals of LuPtSb, Hou ZP, Wang Y, Xu GZ, Zhang XM, Liu EK, Wang WQ, Liu ZY, Xi XK,

Wang WH, Wu GH, Applied Physics Letters，106 (2015) 1021202.

11. Probing temperature-driven spin reorientation transition of GdFeCo film by Kerr loops and

ferromagnetic resonance，He W, Liu HL, Wu HY, Cai JW, and Cheng ZH，Applied Physics Letters，

106 (2015) 042401.

12. Influence of epitaxial BiFeO3 on superparamagnetic behavior of CoFeB thin film，Zhang QT, You

L, Wan CH, Yuan ZH, Zhang X, Wang J, and Han XF，Journal of Applied Physics，117 (2015) ------,

proof No. 037515JAP, at print.

13. Effect of interfacial structures on spin dependent tunneling in epitaxial L10- FePt/MgO/FePt

perpendicular magnetic tunnel junctions，Yang G, Li DL, Wang SG, Ma QL, Liang SH, Wei HX,

Han XF, T. Hesjedal, R. C. C. Ward, A. Kohn, A. Elkayam, N. Tal, and X.-G. Zhang，Journal of

Applied Physics，117 (2015) 083904.

14. On the influence of tetrahedral covalent-hybridization on electronic band structure of

topological insulators from first principles, Zhang XM, Xu GZ, Liu EK, Liu ZY, Wang WH, Wu

GH, Journal of Applied Physics，117 (2015) 045706.

15. Structural transitions, magnetic properties, and electronic structures of Co(Fe)-doped MnNiSi

compounds, Li Y, Wei ZY, Liu EK, G. Liu GD, SWang SG, Wang WH, Wu GH，Journal of Applied

Physics，117 (2015) 17C117.

16. Effect of substrate and orientation on charge ordering behaviors in epitaxial Pr0.5Ca0.35Sr0.15MnO3

films, Yang HW, Wang C, Cai RS, Wang YQ, Sun JR, Journal of Applied Physics, 117(2015)17E112.

17. Néel coupling in Co/Cu/Co stripes with unidirectional interface roughness，A.V. Davydenko, E.V.

Pustovalov, A.V. Ognev, A.G. Kozlov, L.A.Chebotkevich, X. F. Han，Journal of Magnetism and

Magnetic Materials，377 (2015) 334

18. Ion irradiation induced effects and magnetization reversal mechanism in (Ni80Fe20)1−xCox

nanowires and nanotubes，N. Ahmad, JavedIqbal, Chen JY, Asim Hussain, Shi DW, Han XF，

56

Journal of Magnetism and Magnetic Materials，378 (2015) 546.

19. Nonlocal ordinary magnetoresistance in indium arsenide，Liu P, Yuan ZH, Wu H, S. S.Ali, Wan

CH, Ban SL，Journal of Magnetismand Magnetic Materials，385 (2015) 292.

20. Structural and magnetic properties of MnCo1-xFexSi alloys, Chen JH, Wei ZY, Liu EK, Qi X, Wang

WH, Wu GH. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2015.

21. Ion irradiation induced effects and magnetization reversal mechanism in (Ni80Fe20)1−xCox

nanowires and nanotubes，N. Adeela, K. Maaz, U. Khan, S. Karim, A. Nisar, M. Ahmad, G. Ali, Han

XF, Duan JL, Liu J，Journal of Alloy and Compounds，639 (2015) 533.

22. Substitution of Ce for Nd in preparing R2Fe14B nanocrystalline magnets，Li ZB，Zhang M, Sun JR,

Shen BG, Hu FX, Journal of Alloys and Compounds, 628(2015)325.

23. Tunable photovoltaic effects induced by different cooling oxygen pressure in Bi0.9La0.1FeO3 thin

films, Gao RL, Yang HW, Fu CL, Cai W, Chen G, Deng XL, Sun JR, Shen BG, Hu FX, Journal of Alloys

and Compounds, 624 (2015)1.

24. Effect of Cu doping on the magnetic and magnetocaloric properties in the HoNiAl intermetallic

compound，Cui L, Wang LC, Liu FH, Mo ZJ, Zhang Y, Niu E, Xu ZY,Sun JR, Shen BG, Hu FX, Journal

of Alloys and Compounds,622(2015)24.

25. NMR investigation of atomic and electronic structures of half-Heusler topologically nontrivial

semimetals, Shi CL, Xi XK, Hou ZP, Zhang XM, Liu EK, Wang WQ, Wang WH, Chen JL, Wu GH,

Physica status solidi (b)，252 (2015)357.

26. Bimetallic Pt3Co nanowires as electrocatalyst: the effects of thermal treatment on

electrocatalytic oxidation of Methanol，Su YK, Liu H, Feng M, Yan ZL,. Cheng ZH, Tang JN, and

Yang HT，Electrochimica Acta，161,161,124-128(2015)

27. Effect of CoSi2 buffer layer on structure and magnetic properties of Co films grown on Si (001)

substrate，Hu B, He W, Ye J, Tang J, Syed SA, Zhang XQ, and Cheng ZH，Chinese Physics B , 24

(2015) 017502.

28. High-frequency properties of oil-phase-synthesized ZnO nanoparticles，Ding HF, Yang HT,. Liu

LP, Ren X, Song NN, Shen J, Zhang XQ, Cheng ZH, and Zhao GP, Chinese Physics B, 24 (2015)

027804.

29. Low field induced giant anisotropic magnetocaloric effect in DyFeO3 single crystal, Ke YJ,.Zhang

XQ, H. Ge, Ma Y, and Cheng ZH，Chinese Physics B, 24 (2015) 037501.

30. Eu doping-induced enhancement of magnetocaloric effect in manganite La1.4Ca1.6Mn2O7，Ma Y.

Dong QY, Ke YJ, Wu YD, Zhang XQ, Wang LC, Shen BG, Sun JR, Cheng ZH, , Solid State

Communication，03/2015; DOI: 10.1016/j.ssc.2015.02.017.

31. Effect of growing conditions on the electric and magnetic properties of strained La2/3Sr1/3MnO3 thin

films，Lu HX, Wang J, Shen BG, Sun JR, Chinese Physics Letters, 24 (2015)027504.

32. Anisotropic transport properties of charge-ordered La5/8-yPryCa3/8MnO3 (y = 0.43) film, Liu YB,

Wang SH, Sun JR, Shen BG, Chinese Physics B, 245 (2015)05.

57

2014 年会议论文

国际会议邀请报告：

1. MgO-barrier based nano-ring magnetic tunnel junctions and their TMR effect，X.F. Han，IEEE

International Conference on Microwave Magnetics，Sendai，Japan，June 26-July 2.

2. Nano-ring and nano-elliptic-ring shaped magnetic tunnel junctions，X.F. Han，International

workshop on Science and Technology of Oxide Tunnel Junctions，Singapore，March 26-29.

3. Neutron diffraction studies on Mn-Co-Ge-In compounds with magnetostructural transition，F.X.

Hu，3rd International Conferences of Asian Union of Magnetics Societies，Haikou，China，October

28-31.

4. Manipulating Magnetic Anisotropy and Ultrafast Spin Dynamics of Magnetic Nanostructures，

Z.H. Cheng，2014 MRS Spring meeting，San Francisco, USA，April 21-25.

5. Ultrafast demagnetization enhancement in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunneling junction

driven by spin tunneling current，Wei He, Tao Zhu, Xiang-Qun Zhang, Hai-Tao Yang & Zhao-Hua

Cheng，3rd International Conferences of Asian Union of Magnetics Societies，Haikou，China，October

28-31.

6. Non-monotonic size change in scale-up synthesis and high-frequency properties of Fe3O4

nanoparticles，H.T. Yang，N.N. Song, and Z.H.Cheng，3rd International Conferences of Asian Union

of Magnetics Societies，Haikou，China，October 28-31.

7. Approaching large-temperature-range giant magnetocaloric materials by establishing wide

Curie-temperature window，E.K. Liu，W.H. Wang，J.L. Chen，G.H. Wu，6th International

Conference on Magnetic Refrigeration，September 7-10.

8. Giant magnetocaloric effects between 50 and 450 K，E.K. Liu，W.H. Wang，G.H. Wu，3rd

International Conference of Asian Union of Magnetics Societies，Haikou，China，October 28-31.

9. Multiferroics in perovskite metal-organic frameworks，Y. Sun，The 6th APCTP Workshop on

Multiferroics，Korea, Phohang，November 24-27.

10. Multiferroics and magnetoelectric effects in metal-organic frameworks，Y. Sun，T. Ying，

Y.S.Chai，L.Q. Yan，3rd International Conference of Asian Union of Magnetics Societies，Haikou，

China，October 28-31.

11. Multiferroics in metal-organic frameworks，Y. Sun，The 8th Joint Meeting of Chinese Physicists

Worldwide，Singapore，June 26-27.

12. Multiferroics and magnetoelectric effects in metal-organic frameworks，Y.Sun，Y. Tian，J.Z Cong，

S.P Shen，Y.S. Chai，L.Q. Yan，PIERS 2014，Guangzhou，Augus 25-28.

国际会议报告：

1. Transport properties of magnetic tunnel junctions with MgAl2O4 barrier formed from

MgAl2O4 target，B. S. Tao, Z. H. Yuan, J. F. Feng, H. X. Wei, X. F. Han，2014 IEEE International

Magnetic Conference，Dresden, Germany，May 4-8.

58

2. Non-Aqueous electrochemical deposition of Sm2Co17 nanowires with magnetic field annealing

effect structural and magnetic properties，S.S. Ali, K. Javed, G.J. Zhai, D.W. Shi, P. Liu, X.F.

Han，59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials，Honolulu, Hawaii, USA.，

November 3-7.

3. Structural and Magnetic Properties of Ferromagnetic Shape Memory Alloy Ni70+xMn5Ga25-x

Nanowires Fabricated by Electrochemical Method，Khalid Javed, S. S Ali, Dawei Shi, Pan Liu,

Usman Khan, X. F. Han，59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials，Honolulu,

Hawaii, USA.，November 3-7.

4. High Sensitivity and Linear Magnetic Tunnel Junction Sensors with Double Pinned Synthetic

Antiferro-coupled Layers，Z. H. Yuan, Li Huang, J.F. Feng, Dalai Li, X.F. Han, Takafumi Nakano,

Tian Yu, Hiroshi Naganuma，59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials，

Honolulu, Hawaii, USA.，November 3-7.

5. Influence of epitaxial BiFeO3 on superparamagnetic behavior of CoFeB thin film，Q. T. Zhang, L.

You, Z. H. Yuan, C. H. Wan, J. L. Wang, X. F. Han，3rd International Conferences of Asian Union of

Magnetics Societies，Haikou，China，October 28-31.

6. Magnetotransport Properties of CoFe2O4/Pt Films，H. Wu, Q. T. Zhang, C. H. Wan, S. S. Ali, Z. H.

Yuan, L. You, J. L. Wang, X. F. Han，3rd International Conferences of Asian Union of Magnetics

Societies，Haikou，China，October 28-31.


Antiferro-coupled Layers，3rd International Conferences of Asian Union of Magnetics Societies，

Haikou，China，October 28-31.

8. Synthesis and Characterization of Sm2Co17 Nanowires by Electrochemical Deposition，S. S. Ali,

K. Javed, G. J. Zhai, D. W. Shi, P. Liu, X. F. Han，3rd International Conferences of Asian Union of

Magnetics Societies，Haikou，China，October 28-31.

9. Characterization of Ni-Mn-Ga nanowires synthesized by electrochemical deposition method，

Khalid Javed, S. S Ali, Dawei Shi, Pan Liu, Usman Khan, X. F. Han，3rd International Conferences of

Asian Union of Magnetics Societies，Haikou，China，October 28-31.

10. Manipulating Magnetic Anisotropy and Ultrafast Spin Dynamics of Magnetic Nanostructures，

Z.H. Cheng，SouthWest symposium on Advanced Materials 2014，Toulouse, France，October 13-17.

国内会议邀请报告：

1. Novel Magnetosensitive Materials and Sensors based on TMR Effects，X. F. Han，China-Russia

bilayer workshop on Novel Magneto sensitive Materials and Sensors based on GMR & TMR Effects，

长春，2014.11.19-20。


Antiferro-coupled Layers，Z.H. Yuan, L. Huang, J.F. Feng, D.L. Li, X.F. Han, Takafumi Nakano, T.

Yu, Hiroshi Naganuma，China-Russia bilayer workshop on Novel Magneto sensitive Materials and

Sensors based on GMR & TMR Effects，长春，2014.11.19-20。

3. Perpendicular GMR and Interlayer coupling in [Co/Ni]/Cu/[Co/Pt] multilayer，H. Wu, Alexey V.

59

Ognev, X. F. Han，China-Russia bilayer workshop on Novel Magneto sensitive Materials and Sensors

based on GMR & TMR Effects，长春，2014.11.19-20。

4. Perpendicular magnetic tunnel junction with MgAl2O4 barrier，B.S. Tao, Z.H. Yuan, J.F. Feng,

H.X. Wei, X. F. Han，中国物理学会 2014 年秋季学术会议，哈尔滨，2014.9.11-14。

5. La1-xSrxCoO3 单晶薄膜反常磁性研究，孙继荣，第八届全国磁性薄膜与纳米磁学会议，无锡，

2014.12.5-9。

6. Transverse thermoelectric effects in Pt strips on permalloy films，孙继荣，中国物理学会 2014

年秋季学术会议，哈尔滨，2014.9.12-14。

7. Abnormal percolative transport and colossal electroresistance induced by anisotropic strain in

manganite films，胡凤霞，中国物理学会 2014 年秋季学术会议，哈尔滨，2014.9.12-14。

8. 磁制冷材料研究现状和展望，胡凤霞，第六届中国稀土产业论坛，包头，2014.8.8-9。

9. 晶格应变导致的锰氧化物薄膜局域畸变及相关物性研究，王晶、胡凤霞、赵莹莹、孙继荣、沈

保根，第八届全国磁性薄膜与纳米磁学会议，无锡，2014.12.5-9。

10. Fe/Mg(001)超快自旋动力学，成昭华，中国物理学会 2014 年秋季学术会议，哈尔滨，2014.9.11-14。

11. 规模制备纳米颗粒中的非单调效应和 Fe3O4 的高频性能，杨海涛，宋宁宁，成昭华，第二届磁

性材料青年学者学术研讨会，北京，2014.7.17.22。

12. 规模制备纳米颗粒中的非单调效应和磁性纳米颗粒的高频性能，杨海涛，宋宁宁，成昭华，2014

年生物医用磁学纳米技术研讨会，南京，2014.12.22-23。

13. High-frequency properties of Flexible Magnetic Film Based on Graphene Oxide/Carbon

nanotubes and Fe3O4 Nanoparticles，杨海涛, 宋宁宁，李永锋，成昭华，第八届全国磁性薄膜

与纳米磁学会议，无锡，2014.12.5-9。

14. Laser induced magnetization dynamics of GdFeCo film，何为，蔡建旺，成昭华，第八届全国磁

性薄膜与纳米磁学会议，无锡，2014.12.5-9。

15. Time- and Vector- resolved scanning Kerr microscopy of hard disk drive writer yokes，于威，第

八届全国磁性薄膜与纳米磁学会议，无锡，2014.12.5-9。

16. Heusler 型拓扑绝缘体巨磁电阻和反弱局域化效应，王文洪，刘恩克，吴光恒，中国物理学会

2014 年秋季学术会议，哈尔滨，2014.9.11-14。

17. 金属-有机骨架材料中的多铁性与磁电耦合效应，孙阳，田英，柴一晟，闫丽琴，中国材料大会

2014，成都，2014.7.4-7。

18. Multiferroics and magnetoelectric effects in perovskite metal-organic frameworks，孙阳，田英，

丛君状，申世鹏，柴一晟，闫丽琴，中国物理学会 2014 年秋季学术会议，哈尔滨，2014.9.11-14。

19. 增强 CoFeB/MgO 薄膜的垂直磁各向异性与热稳定性，蔡建旺，中国物理学会 2014 年秋季学术

会议，哈尔滨，2014.9.11-14。

60

3.专利情况

2014 年专发明专利

序号专利名称申请号／专利号发明人状态国家

1. 闭合形状的磁性隧道结 ZL 2014202759835 陶丙山、李大来、刘

厚方、韩秀峰授权中国

2. 闭合形状的磁性隧道结 ZL 201410228817.4 陶丙山、李大来、刘

厚方、韩秀峰实审中国

3. 纳米多层膜、场效应管、传

感器、随机存储器及制备方

法 ZL 201110304804.7

韩秀峰、刘厚方、瑞

之万授权中国

4. 纳米多层膜、场效应管、传

感器、随机存储器及制备方

法 ZL 201110290063.1

韩秀峰、刘厚方、瑞

之万授权中国

5. 一种磁性随机存储单元阵

列、存储器及其读写方法 ZL 201010226272.5 王译、李海、韩秀峰授权中国

6. 一种基于纳米环状磁性多

层膜的查找表 ZL 201010234523.4

于国强、倪景华、吴

金刚、季明华、韩秀

峰授权中国

7. 一种用于磁随机存取存储器

的磁性多层膜 ZL 201010259764.4

于国强、魏红祥、詹

文山、韩秀峰

授权

办登中国

8. 一种用于磁敏传感器的磁性

纳米多层膜及其制造方法

ZL 201010195799.6

（PCT/CN2011/000356）

马勤礼、刘厚方，韩

秀峰授权中国

9.

一种磁性单层膜微波振荡器

及制作方法和控制方法与用

途

ZL 200810119751.X 温振超、魏红祥、张

曙丰、韩秀峰授权中国

10. 一种具有巨压热效应的

MnCoGe 基磁性材料及其

制备方法和用途 2014101108070

包立夫、胡凤霞、王

晶、武荣荣、刘瑶、

赵莹莹、章明、孙继

荣、沈保根

申请中国

11. 一种镧铈基永磁材料及其

制备方法和应用 2014103414155

章明、沈保根、胡凤

霞、包立夫、王晶、

赵莹莹、刘瑶、武荣

荣、孙继荣

申请中国

12. 保持 MnNiGe 基材料的强

磁共结构相变的方法及应

用 2014105917144

武荣荣、胡凤霞、刘

瑶、王晶、章明、赵

莹莹、沈斐然、孙继

荣、沈保根

申请中国

13. 由工业纯混合稀土制备的

稀土铁硼材料及其制备方

法和应用 2014103318660

刘荣明、章明、沈保

根、胡凤霞、孙继荣申请中国

14. 一种负膨胀材料及其制备

方法和用途 2014105917144

胡凤霞、赵莹莹、武

荣荣、王晶、包立夫、

刘瑶、沈斐然、匡皓、

孙继荣、沈保根

申请中国

15. 具有可调节电荷轨道有序

特性的锰氧化物薄膜 CN102101793A

王晶、胡凤霞、孙继

荣、沈保根授权中国

61

序号专利名称申请号／专利号发明人状态国家

16. 半导体场效应结构、及其制

备方法和用途 CN102544093B

胡凤霞、王晶、陈岭、

沈保根、孙继荣授权中国

17. 一种磁制冷材料及其制备

方法和用途 CN102465225B

张虎、沈保根、许志

一、胡凤霞、孙继荣授权中国

18. 一种稀土-镍材料及其制备

方法和用途 CN102864356B

董巧燕、沈保根、陈

静、胡凤霞、孙继荣授权中国

19. 一种抗噪音宽带频率测量

方法及锁相频率计 CN1024952802B

陆俊、沈保根、邵晓

萍授权中国

20. 小滞后损耗的一级相变

La(Fe,Si)13 基磁热效应材料

及其制备方法和用途 CN103059815B

陈岭、胡凤霞、包立

夫、王晶、孙继荣、

沈保根授权中国

21. 一种垂直人工反铁磁多层

膜材料 201410133550.0 张勖、蔡建旺申请中国

4. 实验室 2014 年获奖情况

成果名称获奖类别级别获奖人

新型 LaFeSi 巨磁热效应材料的发现和机理研究

陈嘉庚技术科学奖

- 沈保根、胡凤霞、孙继荣

5. 仪器设备

磁学实验室大型仪器设备一览表

仪器设备名称规格型号产地/厂家价格

（万元）启用日期

负责人

振动样品磁强计 155 美国 21.6 1984 孟丽琴

磁转矩仪 TRT-2-10 日本 42.5 1985 孟丽琴

磁致伸缩仪自制 18.0 1992 吴光恒

单晶生长炉 CGMs-3 英国 Crystalox 公司 177.7 1994 陈京兰

超导量子磁强计 MPMS-7 美国量子设计公司 199.8 1994 胡明

62



负责人

自动磁滞回线测试仪 HG-500 美国 KJS 106.5 1994 孟丽琴

膜厚测试仪 Dektak-3 美国 Vecclo 公司 48.8 1994 韩秀峰

全自动 X 射线衍射仪 D/Max-2400 日本理学 216.1 1994.5 胡明

磁控溅射镀膜设备 MS400 沈阳科仪中心 11.0 1997.4 王志宏

超薄金属多层膜磁控溅射设备

750 国产 65.0 1998.1 尹林

离子束刻蚀系统 LKJ-1C-100 国产 30.5 1999.10 韩秀峰

穆斯堡尔波谱仪 DFG-1200 德国 14.9 2001.8 成昭华

准分子激光器 COMPAX-205 德国 72.4 2001.8 孙继荣

真空快淬炉 LZK-12A 中科三环常磁设备

厂 47.5 2001.9 张绍英

脉冲激光沉积系统沈阳科仪中心 18.0 2002.6 孙继荣

高温振动样品磁强计 4HFVSM 美国 ADE 公司 108.6 2002.9 蔡建旺

精密光学浮区系统 FZ-T-10000-H-VI-VP

日本 111.9 2002.11 成昭华

单晶切割机及抛光机 SBT 美国 16.0 2002.12 成昭华

穆斯堡尔超导磁体系统 SM4000-9 德国 82.6 2003.1 成昭华

磁控溅射仪 MPH-4000-HCT 日本真空公司 616.2 2003.3 韩秀峰

真空感应熔炼炉 GJL0.01-50/4 锦州电炉厂 15.8 2003.3 张宏伟

多参数磁性测量系统 PPMS－14H 美国量子设计公司 384.7 2003.5 孟丽琴

高温振动样品磁强计 VSM7410 美国 Lake Shore 公

司 121.2 2003.12 赵同云

磁性金属薄膜生长/超高真空变温SPM/原位穆斯堡尔谱仪联合系统

德国 Omicron 公司 732.7 2004.3 成昭华

脉冲激光分子束外延系统

沈阳科仪中心 60.0 2004.6 孙继荣

63



负责人

电子自旋共振波谱仪 JES-FA200 日本 JEOL 150.0 2006.8 孙阳

连续变温扫描探针显微镜

NanoNavi/E-Sweep

日本精工 134.8 2008.5 孙继荣

准分子激光器 COMPAXPro-205 德国 90.0 2008.8 孙继荣

新型磁性测量系统 MPMS XL-7 AC美国 Quantum

Design 258.6 2010.9 孟丽琴

超导量子干涉振动样品磁强计

SQUID-VSM 美国 Quantum

Design 208 2010.11 胡明

DSC 测量仪 STA 449 F3 德国 NETZSCH 30 2010.11 吴光恒

X 射线衍射仪 D8 Advance 德国 Bruker 176.6 2011.5 赵同云

粉末样品晶体结构测量仪

D2 Phaser 德国 Bruker 61.4 2011.9 赵同云

64

三、研究生培养

1.在读研究生情况

2014 年在读研究生名单

序号姓名性别在读学位导师入学时间毕业时间

1. 梁世恒男博士韩秀峰 2010 年 9 月 2014 年 6 月

2. 宋宁宁女博士成昭华 2010 年 9 月 2014 年 6 月

3. 卢玉明男博士蔡建旺 2010 年 9 月 2014 年 6 月

4. 李大来男博士韩秀峰 2011 年 9 月 2014 年 6 月

5. 师大伟男博士韩秀峰 2011 年 9 月 2014 年 6 月

6. 陶玲玲男博士韩秀峰 2011 年 9 月 2014 年 6 月

7. 王利晨男博士沈保根 2011 年 9 月 2014 年 6 月

8. 包立夫男博士胡凤霞 2011 年 9 月 2014 年 6 月

9. 郑新奇男博士沈保根 2011 年 9 月 2014 年 12 月

10. Khalid Javed 男博士韩秀峰 2011 年 9 月 2015 年 6 月

11. 卢海霞女博士孙继荣 2011 年 9 月 2015 年 6 月

12. 刘渊博女博士孙继荣 2011 年 9 月 2015 年 6 月

13. 张勖男博士蔡建旺 2011 年 9 月 2015 年 6 月

14. 钮萼女博士王震西 2011 年 9 月 2015 年 6 月

15. 姜俊男博士韩秀峰 2012 年 9 月 2015 年 6 月

16. 郭鹏男博士韩秀峰 2012 年 9 月 2015 年 6 月

17. 雷雨男博士孙继荣 2012 年 9 月 2015 年 6 月

18. 李莹女博士孙继荣 2012 年 9 月 2015 年 6 月

19. 徐桂舟女博士吴光恒 2012 年 9 月 2015 年 6 月

20. 张小明男博士吴光恒 2012 年 9 月 2015 年 6 月

21. 丛君状男博士孙阳 2012 年 9 月 2015 年 6 月

65


22. 申世鹏男博士孙阳 2012 年 9 月 2015 年 6 月

23. 邹吕宽男博士蔡建旺 2012 年 9 月 2015 年 12 月

24. 王栓虎男博士孙继荣 2012 年 9 月 2015 年 6 月

25. 杨怀文男博士孙继荣 2012 年 9 月 2015 年 6 月

26. 章明男博士沈保根 2012 年 9 月 2015 年 6 月

27. 胡泊女博士成昭华 2012 年 9 月 2015 年 6 月

28. 马启迪男硕士孙阳 2012 年 9 月 2015 年 6 月

29. 郑晓丽女硕士蔡建旺 2012 年 9 月 2014 年 12 月

30. 张钦彤男博士韩秀峰 2013 年 9 月 2016 年 6 月

31. 陶丙山男博士韩秀峰 2013 年 9 月 2016 年 6 月

32. 袁忠辉男博士韩秀峰 2013 年 9 月 2016 年 6 月

33. Usman Khan 男博士韩秀峰 2013 年 9 月 2016 年 6 月

34. 洪德顺男博士孙继荣 2013 年 9 月 2016 年 6 月

35. 武荣荣女博士胡凤霞 2013 年 9 月 2016 年 6 月

36. 赵莹莹女博士胡凤霞 2013 年 9 月 2016 年 6 月

37. 柯亚娇女博士成昭华 2013 年 9 月 2016 年 6 月

38. 任肖男博士成昭华 2013 年 9 月 2016 年 6 月

39. 张永圣男博士成昭华 2013 年 9 月 2016 年 6 月

40. Syed Sheraz

Ahmad 男博士成昭华 2013 年 9 月 2016 年 6 月

41. 魏志阳男博士吴光恒 2013 年 9 月 2016 年 6 月

42. 杨传森男博士孙阳 2013 年 9 月 2016 年 6 月

43. 秦健鹰男硕士韩秀峰 2013 年 9 月 2015 年 6 月

44. 姜雷娜女硕士韩秀峰 2013 年 9 月 2015 年 6 月

45. 李文静女硕士韩秀峰 2013 年 9 月 2015 年 6 月

66


46. 张静女硕士孙继荣 2013 年 9 月 2015 年 6 月

47. 赵鑫男硕士沈保根 2013 年 9 月 2015 年 6 月

48. 熊杰夫男硕士沈保根 2013 年 9 月 2015 年 6 月

49. 张博男硕士沈保根 2013 年 9 月 2015 年 6 月

50. 匡皓男硕士胡凤霞 2013 年 9 月 2015 年 6 月

51. 王越男硕士王文洪 2013 年 9 月 2015 年 6 月

52. 翟昆男硕士孙阳 2013 年 9 月 2016 年 6 月

53. 张伟男硕士成昭华 2013 年 9 月 2015 年 6 月

54. 吴昊男博士韩秀峰 2014 年 9 月 2017 年 6 月

55. 张轩男博士韩秀峰 2014 年 9 月 2017 年 6 月

56. 杨智焕男博士孙继荣 2014 年 9 月 2017 年 6 月

57. 商荣翔男博士沈保根 2014 年 9 月 2017 年 6 月

58. 刘瑶女博士胡凤霞 2014 年 9 月 2017 年 6 月

59. 汤进男博士成昭华 2014 年 9 月 2017 年 6 月

60. 施成龙男博士郗学奎 2014 年 9 月 2017 年 6 月

61. 田英女博士孙阳 2014 年 9 月 2017 年 6 月

62. 王超男博士王守国 2014 年 9 月 2017 年 6 月

63. 刘家龙* 男博士王守国 2013 年 3 月 2016 年 7 月

64. 董博闻* 男博士王守国 2013 年 4 月 2017 年 9 月

65. Syed Shahbaz

Ali* 男博士韩秀峰 2014 年 9 月 2015 年 8 月

66. 杨光* 男博士王守国 2013 年 4 月 2016 年 12

67. 刘盼* 男博士韩秀峰 2013 年 9 月 2017 年 6 月

68. 夏田雨* 女博士王守国 2013 年 12 月 2016 年 7 月

69. 杨百顺* 男硕士韩秀峰 2014 年 9 月 2018 年 7 月

67


70. 刘进* 男硕士王志宏 2014 年 11 月 2016 年 6 月

71. 张艳* 女硕士沈保根 2014 年 9 月 2016 年 7 月

72. 张洪瑞* 男硕士孙继荣 2013 年 10 月 2015 年 6 月

73. 俞翔* 男硕士王志宏 2012 年 10 月 2015 年 7 月

74. 马跃* 男硕士成昭华 2014 年 7 月 2015 年 6 月

75. 柳丽平* 女硕士成昭华 2013 年 5 月 2015 年 5 月

76. 孙爱丽* 女博士吴光恒 2014 年 9 月 2015 年 12 月

77. 王啸天* 男博士吴光恒 2013 年 7 月 2017 年 1 月

78. 李勇* 男博士吴光恒 2013 年 6 月 2017 年 6 月

79. 侯志鹏* 男博士吴光恒 2014 年 3 月 2015 年 7 月

80. 王思军* 男硕士郗学奎 2014 年 3 月 2016 年 7 月

81. 叶军* 男博士成昭华 2011 年 12 月 2014 年 12 月

82. 杨丽红* 女博士沈保根 2011 年 12 月 2014 年 7 月

83. 王文鑫* 男硕士孙继荣 2012 年 9 月 2015 年 1 月

*为联合培养研究生

2. 研究生获奖情况

2014 年研究生获奖名单

序号姓名导师奖学金名称

1. 雷雨孙继荣所长奖学金优秀奖

2. 田英孙阳所长奖学金优秀奖

3. 洪德顺孙继荣所长奖学金优秀奖

4. 徐桂舟吴光恒所长奖学金优秀奖

5. 申世鹏孙阳所长奖学金优秀奖

6. 赵莹莹胡凤霞所长奖学金优秀奖

68


7. Khalid Javed 韩秀峰所长奖学金表彰奖

8. 姜俊韩秀峰所长奖学金表彰奖

9. 郭鹏韩秀峰所长奖学金表彰奖

10. 张钦彤韩秀峰所长奖学金表彰奖

11. 陶丙山韩秀峰所长奖学金表彰奖

12. Syed Shahbaz

Ali 韩秀峰所长奖学金表彰奖

13. 郑新奇沈保根所长奖学金表彰奖

14. 李莹孙继荣所长奖学金表彰奖

15. 章明沈保根所长奖学金表彰奖

16. 杨怀文孙继荣所长奖学金表彰奖

17. 张洪瑞孙继荣所长奖学金表彰奖

18. 刘瑶胡凤霞所长奖学金表彰奖

19. 王文鑫孙继荣所长奖学金表彰奖

20. 柯亚娇成昭华所长奖学金表彰奖

21. 任肖成昭华所长奖学金表彰奖

22. 胡泊成昭华所长奖学金表彰奖

23. 汤进成昭华所长奖学金表彰奖

24. 张永圣成昭华所长奖学金表彰奖

25. 叶军成昭华所长奖学金表彰奖

26. 张小明吴光恒所长奖学金表彰奖

27. 魏志阳吴光恒所长奖学金表彰奖

28. 李勇吴光恒所长奖学金表彰奖

29. 丛君状孙阳所长奖学金表彰奖

30. 杨光王守国所长奖学金表彰奖

69


31. 刘家龙王守国所长奖学金表彰奖

32. 夏田雨王守国所长奖学金表彰奖

33. 张勖蔡建旺所长奖学金表彰奖

34. 邹吕宽蔡建旺所长奖学金表彰奖

35. 钮萼王震西所长奖学金表彰奖

36. 王拴虎孙继荣国家奖学金

37. 马启迪孙阳国家奖学金

70

四、学术交流

1. 学术组织与期刊任职

2014 年度学术组织与期刊任职情况

姓名任职机构或期刊名称及职务职务任职时间

沈保根

第十二届全国政协委员委员 2013-今

中国电子学会应用磁学分会委员 2014-今

中国物理学会磁学专业委员会主任 2011-今

《Chin. Phys. B》副主编 2012-今

《物理学报》副主编 2012-今

《中国稀土学报》常务编委 2000-今

《Journal of Rare Earths》编委 2008-今

《功能材料与器件学报》编委 2006-今

韩秀峰

《物理学进展》杂志编委 2009-今

《半导体技术》理事会常务理事 2009-今

《物理》杂志编委 2008-今

《微细加工技术》理事会常务理事 2007-今

《微纳电子技术》常务理事 2006-今

《SPIN》编委 2011.10-今

《J. Magn. Magn. Mater.》编委 2011.11-2014.12

成昭华

中国稀土学会稀土永磁专业委员会副主任委员 2010-今

中国电子学会应用磁学分会主任委员 2014-今

中国物理学会磁学专业委员会秘书长 2011-今

《中国科学 G 辑》编委 2006-今

中国核物理学会

穆斯穆斯堡尔专业委员会副主任委员 2010-今

《Journal of Magnetism》编委 2008-今

71

《中国稀土学报》编委 2009-今

吴光恒

中国电子学会应用磁学分会委员 2009-今

International Conference on Magnetic Shape Memory Materials

组委会成员 2006-今

王守国

中国电子学会应用磁学分会秘书长 2014-今

中国材料学会纳米材料与器件分会副秘书长 2012-今

中国材料研究学会青年工作委员会常务理事 2011-今

中国金属学会材料科学分会理事 2010-今

中国稀土学会固体科学和新材料专业委员会

委员 2010-今

胡凤霞中国晶体学会

极端条件晶体材料专业委员会委员 2015-今

2．对外交流

2014 年实验室来访交流人员

序号姓名国家/地区身份来访起止时间来访目的

1. Shufeng Zhang 美国教授 2月26-28日学术交流

合作研究

2. Yan Wang 美国博士 4月01-03日学术交流

3. 黄清镇美国教授 4月09-29日学术交流

合作研究

4. 刘恺美国教授 4月09-24日学术交流

合作研究

5. 张晓光美国研究员 4 月 16 日-5 月 7 日学术交流

合作研究

6. Yiran Chen 美国副教授 5月18-24日合作研究

7. H.J.M. Swagten 荷兰教授 5月19-23日学术交流

合作研究

8. Yuxiang Yin 荷兰博士 5月19-23日学术交流

合作研究

9. Albert Fert 法国教授 5月29日-6月9日崔琦讲座

学术交流

72

序号姓名国家/地区身份来访起止时间来访目的

10. Shufeng Zhang 美国教授 7月21-23日学术交流

合作研究

11. Jingsheng Chen 新加坡教授 7月30-31日学术交流

12. Nianxiang Sun 美国教授 7月20日学术交流

13. Zaven Altounian 加拿大教授 7月27日学术交流

14. 刘恺美国教授 9月11-18日学术交流

15. 张西祥沙特教授 9 月 11-19 日学术交流

16. 肖强美国教授 9 月 13-19 日学术交流

17. 胡灿明加拿大教授 9 月 13-17 日学术交流

18. 王峻岭新加坡副教授 11 月 05-11 日学术交流

合作研究

19. 黄清镇美国教授 11 月 11-16 日学术交流

合作研究

20. V. I. Belokon 俄罗斯教授 11 月 19-23 日学术交流

合作研究

21. Konstantin V.

Nefedev 俄罗斯副教授 11 月 19-23 日

学术交流

合作研究

22. Alexey Ognev 俄罗斯副教授 11 月 19-23 日学术交流

合作研究

23. Alexander

Samardak 俄罗斯副教授 11 月 19-23 日

学术交流

合作研究

24. Olga Dyachenko 俄罗斯博士 11 月 19-23 日学术交流

合作研究

25. Qinli Ma 日本博士 12 月 18-20 日学术交流

26. Guanxiang Du 德国博士 12 月 21-23 日学术交流

73

2014 年实验室出访人员

序号姓名出访国家或地区出访时间出访目的

1. 韩秀峰新加坡 2014.3.25-27 国际会议

2. 韩秀峰德国 2014.5.4-11 国际会议

合作交流

3. 万蔡华德国 2014.5.4-11 国际会议

合作交流

4. 韩秀峰日本 2014.6.29-7.2 国际会议

5. 郭鹏日本 2014.6.29-7.29 合作交流项目

6. 陶丙山法国 2013.12.4-2015.2.14 合作交流项目

7. 陶丙山德国 2014.5.4-8 国际会议

8. 成昭华美国 2014.4. 国际会议

9. 成昭华美国 2014.11.3-8 国际会议

10. 成昭华法国 2014.10.12-18 国际会议

11. 杨海涛美国 2014.4. 国际会议

12. 杨海涛美国 2014.11.3-8 国际会议

13. 张向群美国 2014.4. 国际会议

14. 张向群美国 2014.11.3-8 国际会议

15. 刘恩克加拿大 2014.9.7-10 国际会议

16. 魏志阳美国 2014.11.3-7 国际会议

17. 孙阳新加坡 2014.6 国际会议

18. 孙阳韩国 2014.10 国际会议

19. 孙阳美国 2014.11 国际会议

20. 柴一晟韩国 2014.10 国际会议

74

五、选登文章

2014 年选登文章目录

1. Visible-light-enhanced gating effect at the LaAlO3/SrTiO3 interface，Lei Y, Li Y, Chen YZ, Xie

YW, Chen YS, Wang SH, Wang J, Shen BG, Pryds N, Sun JR，Nature communications，5 (2014)5554.

2. Quantum Tunneling of Magnetization in a Metal-Organic Framework，Tian Y, Wang W, Chai YS.,

Cong JZ, Shen SP, Yan LQ, Wang SG, Han XF, Sun Y，Physical Review Letters，112（2014）017202. 3. Magnetic tuning of the photovoltaic effect in Silicon-based schottky junctions，Wang SH, Wang

WX, Zou LK, Zhang X, Cai JW, Sun ZG, Shen BG, Sun JR，Wang SH, Wang WX, Zou LK, Zhang X,

Cai JW, Sun ZG, Shen BG, Sun JR，Advanced Materials，26 (2014)8059.

4. Anomalous magnetism in strained La1-xSrxCoO3 epitaxial films (0≤x≤0.5)，Yang HW, Zhang HR,

Li Y, Wang SF, Shen X, Lan QQ, Meng S, Yu RC, Shen BG, Sun JR，Scientific Reports，4

(2014)006206.

5. Abnormal percolative transport and colossal electroresistance induced by anisotropic strain

in(011)-Pr0.7(Ca0.6Sr0.4)0.3MnO3/PMN-PT heterostructure，ZhaoYY, Wang J, Kuang H, Hu FX,

Zhang HR, Liu Y, Zhang Y，Scientific reports，4 (2014)07075.

6. Evolution of conduction channel and its effect on resistance switching for Au-WO3-x-Au devices，

Hong DS, Chen YS, Li Y, Yang HW, Wei LL, Shen BG, Sun JR，Scientific Reports，4 (2014)4058.

7. Weak Antilocalizaton effect and Noncentrosymmetric Superconductivity in a Topologically

Nontrivial Semimetal LuPdBi，Xu GZ, Wang WH, Zhang XM, Du Y, Liu EK, Wang SG, Wu GH,

Liu ZH, Zhang XX，Scientific Reports，4 (2014)5709.

8. Cross coupling between electric and magnetic orders in a multiferroic metal-organic

framework，Tian Y, Stroppa A, Chai YS, Yan LQ, Wang SG, Barone P, Picozzi S, Sun Y, Scientific

Reports, 4 (2014)6062.

9. Thermally robust Mo/CoFeB/MgO trilayers with strong perpendicular magnetic anisotropy，Liu

T, Zhang Y, Cai JW, Pan HY，Scientific Reports，4(2014)5895.

10. Large and robust electrical spin injection into GaAs at zero magnetic field using an ultrathin

CoFeB/MgO injector，S. H. Liang, T. T. Zhang, P. Barate, J. Frougier, M. Vidal, P. Renucci, B. Xu, H.

Jaffr`es, J.-M. George, X. Devaux, M. Hehn, X. Marie, S. Mangin, H. X. Yang, A. Hallal, M. Chshiev,

T. Amand, H. F. Liu, D. P. Liu, X. F. Han, Z. G. Wang, Y. Lu，Physical Review B，90 (2014)085310. 11. Magnetic-ion-induced displacive electric polarization in FeO5 bipyramidal units of

(Ba,Sr)Fe12O19 hexaferrites，Shen SP, Chai YS, Cong JZ, Sun PJ, Lu J, Yan LQ, Wang SG, Sun Y，

Physical Review B，90 (2014)180404.

12. High-frequency switching of magnetic bistability in an asymmetric double disk nanostructure，

Maxim E. Stebliy, Alexey V. Ognev, Alexander S. Samardak, Alexander G. Kolesnikov，Ludmila A.

Chebotkevich, Han XF，Applied Physics Letters，104 (2014)112405. 13. Tunneling magnetoresistance in Fe3Si/MgO/Fe3Si(001) magnetic tunnel junctions，Tao L.L, Liang

SH, Liu DP. Wei HX, Wang Jian, and Han XF，Applied Physics Letters，104 (2014)172406. 14. Electrical spin injection into InGaAs/GaAs quantum wells: A comparison between MgO tunnel

75

barriers grown by sputtering and molecular beam epitaxy methods，P. Barate, Liang S, Zhang TT,

J. Frougier, M. Vidal, P. Renucci, X. Devaux, B. Xu, H. Jaffre`s, J. M. George, X. Marie, M. Hehn, S.

Mangin, Y. Zheng, T. Amand,.Tao B, Han XF, Wang Z, and. Lu Y，Applied Physics Letters，105

(2014)012404.

15. Investigation on intergranular exchange coupling effect in Pr9Fe85.5B5.5 ribbons，Li ZB, Zhang M,

Wang LC, Shen BG, Zhang XF, Li YF, Hu FX, Sun JR，Applied Physics Letters，104 (2014)052406. 16. Hysteresis and Anisotropyin Ultrathin Fe/Si(001) Films，Ye J, He W, Wu Q, Hu B, Tang J, Zhang

XQ, Chen ZY, and Cheng ZH，Applied Physics Letters，105 (2014)102406. 17. Probingnonlinear magnetization dynamics in Fe/MgO(001) film by all optical

pump-probetechnique，He W, Hu B, Zhan QF, Zhang XQ, and Cheng ZH，Applied Physics Letters，

104 (2014)142405. 18. Magneto-transport properties of oriented Mn2CoAl films sputtered on thermally oxidized Si

sbustrates，Xu GZ, Du Y, Zhang XM, Zhang HG, Liu EK, Wang WH, Wu GH，Applied Physics

Letters，104 (2014)242408.

19. A coupling of martensitic and metamagnetic transitions with collective magneto-volume and

table-like magnetocaloric effects，Liu EK, Wei ZY, Li Y, Liu GD, Luo HZ, Wang WH, Zhang HW,

Wu GH，Applied Physics Letters，105(2014)062401.

20. Magnetic field reversal of electric polarization and magnetoelectric phase diagram of the

hexaferrite Ba1.3Sr0.7Co0.9Zn1.1Fe10.8Al1.2O22,，Shen SP, Yan LQ, Chai YS, Cong JZ, Sun Y，Applied


21. Proximity effect between a topological insulator and a magnetic insulator with large

perpendicular anisotropy，Yang WM, Yang S, Zhang QH, Xu Y, Shen SP, Liao J, Teng J, Nan CW,

Gu L, Sun Y, Wu KH, Li YQ，Applied Physics Letters，105 (2014)092411.

22. Planar Hall effect in Y3Fe5O12IrMn films，Zhang X, Zou LK，Applied Physics Letters，

105(2014)262401.

一、实验室简介 - iphy.ac.cnmaglab.iphy.ac.cn/uploadfile/2015/0605/20150605065330525.pdf ·...

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