● 摘要
巨磁电阻效应的发现是二十世纪末磁电子学和材料学领域中最重要的成果之一。它在磁随机存储器上广泛的应用前景以及在异质磁性多层膜的电子输运中表现出的新的物理特性一直吸引着实验和理论科学工作者的广泛关注。巨磁电阻效应的发现离不开金属薄膜制备技术的提高，而计算机的发展使得密度泛函为基础的第一性原理方法为巨磁电阻效应的研究注入了新活力。根据物理和应用的要求，目前的研究依然集中在巨磁电阻效应大小的影响因素和决定因素的探索上，而且界面的因素已经逐渐成为了目光的焦点。在我们的研究中采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，通过变化Co/Cu超晶格系统的非磁层厚度和改变其“生长”取向，进行了以下几方面的计算研究。1) 通过计算Co3Cux (x=1-8)超晶格体系，发现费米面附近的电子态密度、磁耦合随铜层厚度的增加呈现周期振荡现象，其振荡周期为6个Cu原子层，与实验观测结果相吻合。2) 结合已有理论我们讨论了非磁层材料的费米面几何属性对Co3Cux(x=1-8)超晶格体系中各种振荡的振荡周期的决定作用，详细的分析表明构成多层膜的每一层对振荡均有贡献，其中非磁Cu层，尤其是界面Cu层的贡献最大。3) 通过对界面Cu层磁矩的分析，我们发现了Co3Cux(x=1-8)超晶格体系中存在的磁耦合振荡现象，具体表现为，界面Cu层随着Cu层厚度的变化，存在一个由强到弱再到强的反磁化过程，这一现象从RKKY相互作用角度可以很好的被解释。与此同时，这一反磁化过程也说明了界面Cu层电子与界面Co层的少数自旋电子间的交换作用在相邻Co层间的磁耦合振荡中起着关键作用。4) 通过简单磁电阻模型的估算，我们发现，在Co3Cux(x=1-8)超晶格体系中，费米面附近的多数自旋态（上自旋态）电子对巨磁电阻阻值对有很大的影响。5) 研究Co3/Cu3（1 0 0）、Co3/Cu3（1 1 0）和Co3/Cu3（1 1 1）各体系的计算分析表明，Co3/Cu3（1 1 0）有最大的自旋非对称因子和巨磁电阻阻值，Co3/Cu3（1 0 0）次之，Co3/Cu3（1 1 1）最小。而且各体系的能量、结构、磁矩、电荷集居数、界面匹配势和态密度和它们的巨磁电阻有着一致的表现，我们分析了它们之间的物理对应关系，以及导致各系统自旋非对称因子和巨磁电阻阻值存在差别的原因。6) 从原子的价电荷在界面的匹配这一角度分析了不同取向的Co3/Cu3系统，发现价电荷的界面匹配势直接导致了自旋相关散射，突出了界面的自旋相关散射对系统巨磁电阻效应的贡献。