本發(fā)明涉及包含稀土氮化物的磁性材料，更具體地，涉及包含包括一個相對軟的磁性層和一個相對硬的磁性層的多層結(jié)構(gòu)材料的磁性材料。本發(fā)明還涉及包含所述磁性材料的設(shè)備。

背景技術(shù)：

稀土具有57(La)-71(Lu)的原子序數(shù)，且包含填充4f軌道的元素，即：鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、和镥(Lu)。它們具有原子組態(tài)[Xe]6s²5d¹4fⁿ或[Xe]6s²4fⁿ⁺¹，n由La的0變至Lu的14。它們的最常見的離子電荷狀態(tài)為3+，具有跨Fermi能的4f能級。它們?yōu)閮H有的具有多于邊緣填充的f-殼電子軌道的穩(wěn)定元素，且因此它們?yōu)榫哂凶畲蟮淖孕蛙壍谰嗟脑亍Ｔ谟行虻墓腆w中，它們對最強(qiáng)鐵磁性材料有貢獻(xiàn)，此貢獻(xiàn)已確保它們在需要強(qiáng)的永磁體的技術(shù)中的實(shí)用性。盡管具有此名稱，但除了不具有穩(wěn)定的核同位素的钷以外它們并不稀有。

稀土氮化物最初在1960年被研究，當(dāng)時技術(shù)進(jìn)步克服了稀土系列的化學(xué)相似成員的分離中遇到的問題。稀土氮化物幾乎全部為鐵磁性的，其磁狀態(tài)在整個系列上變化很大，且矯頑場強(qiáng)烈地取決于生長條件。例如，SmN為唯一已知的近零矩鐵磁半導(dǎo)體，具有巨大的矯頑場，而GdN具有小三個數(shù)量級的矯頑場。稀土氮化物在例如電子自旋、紅外(IR)檢測器的應(yīng)用中以及作為III族氮化物半導(dǎo)體化合物的觸點(diǎn)前途光明。

磁阻式隨機(jī)存取存儲器(MRAM)是非揮發(fā)性隨機(jī)存取存儲器技術(shù)。MRAM中的數(shù)據(jù)由磁性存儲元件儲存，而其它RAM技術(shù)通常以電荷或電流的形式存儲數(shù)據(jù)。MRAM中的磁性儲存元件由兩層被阻擋層分隔的磁性層形成，每個磁性層可以保持磁場。一個磁性層為設(shè)定至特定的磁取向的永磁體。另一個磁性層通過沿外部長方向排列而存儲數(shù)據(jù)。因此元件可以以不同的結(jié)構(gòu)存在，具有平行的或反平行的磁化方向。這兩個磁性結(jié)構(gòu)是不同的，因?yàn)楫?dāng)磁性層平行取向時通過具有絕緣阻擋層的元件的電阻或沿金屬阻擋層的電阻較小。

巨磁阻(GMR)和隧道磁阻(TMR)磁場傳感器的結(jié)構(gòu)和操作原理相似。

然而，所有的現(xiàn)有設(shè)備都具有金屬磁性層。

因此，本發(fā)明的目的是或多或少避免上述缺陷；和/或至少為公眾提供可用的選擇。

本發(fā)明的其它目的可以由僅以實(shí)施例的方式給出的以下描述而變得明顯。

已被包括在本說明書中的對于文獻(xiàn)、動作、材料、設(shè)備、物體等的任何討論僅用于為本發(fā)明提供語境的目的。不承認(rèn)這些中的任意或全部形成現(xiàn)有技術(shù)的一部分或?yàn)橛捎谄湓趦?yōu)先權(quán)日期之前存在而成為與本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域中的公知常識。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在第一個方面，本發(fā)明提供了一種磁性材料，其包含第一鐵磁性層、第二鐵磁性層、和在所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間并與所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層分別接觸的阻擋層，其中所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層具有不同的矯頑場，且其中所述第一鐵磁性層包含第一稀土氮化物材料以及所述第二鐵磁性層包含第二稀土氮化物材料，且其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：氮化鐠(PrN)、氮化釹(NdN)、氮化釤(SmN)、氮化銪(EuN)、氮化釓(GdN)、氮化鋱(TbN)、氮化鏑(DyN)、氮化鈥(HoN)、氮化鉺(ErN)、氮化銩(TmN)、和氮化鐿(YbN)，及其任意兩種或更多種的合金。

在第二個方面，本發(fā)明提供了磁性設(shè)備，其包含第一個方面的磁性材料和任選存在的電接觸。

在第三個方面，本發(fā)明提供了制備第一個方面的磁性材料的方法，所述方法包括以下步驟：

(a)沉積包含第一稀土氮化物材料的第一鐵磁性層；

(b)在步驟(a)中形成的第一鐵磁性層上沉積阻擋層；和

(c)在步驟(b)中形成的阻擋層上沉積包含第二稀土氮化物材料的第二鐵磁性層。

在第四個方面，本發(fā)明提供了通過第三個方面的方法制備的磁性材料。

本發(fā)明還提供了可通過第三個方面的方法獲得的磁性材料。

本發(fā)明還可以概括地說單獨(dú)地或集合地包含本申請的說明書中提及或指出的部分、要素和特征，以及任意兩個或多個所述部分、要素或特征的任意的或全部的組合，且當(dāng)此處提及在本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域中具有已知等價物的具體整數(shù)時，這樣的已知等價物被視為引入此處，如同單獨(dú)說明。此外，當(dāng)根據(jù)Markush集描述本發(fā)明的特征或方面時，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解也因此根據(jù)Markush集的任何單獨(dú)的成員或成員的子集描述本發(fā)明。

本文中使用的術(shù)語“和/或”指“和”或“或”或兩者。

此說明書中使用的術(shù)語“包含”指“至少部分地由…組成”。當(dāng)解釋包括術(shù)語“包含”的說明書中的各陳述時，也可存在除所述術(shù)語開始的那些特征之外的特征。相關(guān)術(shù)語例如“含”和“包括”也將以相同的方式解釋。

對于此處公開的數(shù)字的范圍(例如1-10)的引用意圖還包括對于此范圍內(nèi)的所有有理數(shù)(例如1、1.1、2、3、3.9、4、5、6、6.5、7、8、9和10)以及該范圍內(nèi)的任意的有理數(shù)范圍(例如2-8、1.5-5.5和3.1-4.7)的引用，并且因此此處明確地公開的所有范圍的所有子范圍都在此明確地公開。這些僅是具體期望的實(shí)例，且應(yīng)認(rèn)為列舉的最低值和最高值之間的所有可能的數(shù)值的組合都以相似的方式明確地陳述于此申請中。

盡管本發(fā)明廣泛地如上所定義，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解本發(fā)明不限于此且本發(fā)明還包括以下描述給出實(shí)例的實(shí)施方案。

附圖說明

將參考附圖描述本發(fā)明，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的磁性材料的截面圖。

圖2顯示SmN/GdN材料和SmN/LaN/GdN材料的x射線磁性圓二色譜(XMCD)。

圖3顯示包含GdN/GaN/GdN材料的隧道結(jié)的電流-電壓特性，使用西蒙斯隧道模型(以下討論)擬合。插入圖顯示針對溫度繪制的模型阻擋高度(向前和向后電流的平均值)，假設(shè)1.91nm的固定阻擋層寬度而獲得。

圖4(a)顯示了在5K下用～30nA的電流獲得的包含GdN/GaN/GdN材料的隧道結(jié)的磁致電阻的場依存性。數(shù)據(jù)上的圖顯示電極的主磁化方向。

圖4(b)顯示了包含GdN/GaN/GdN材料的隧道結(jié)的場依存性磁化。且

圖5顯示了使用各種施加電流測量的包含GdN/GaN/GdN材料的隧道結(jié)的溫度依賴性電阻。插入圖顯示主體GdN層的電阻。

具體實(shí)施方式

在第一個方面，本發(fā)明提供了一種磁性材料，其包含第一鐵磁性層、第二鐵磁性層、和在所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間并與所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層分別接觸的阻擋層，其中所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層具有不同的矯頑場，且其中所述第一鐵磁性層包含第一稀土氮化物材料以及所述第二鐵磁性層包含第二稀土氮化物材料，且其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：氮化鐠(PrN)、氮化釹(NdN)、氮化釤(SmN)、氮化銪(EuN)、氮化釓(GdN)、氮化鋱(TbN)、氮化鏑(DyN)、氮化鈥(HoN)、氮化鉺(ErN)、氮化銩(TmN)、和氮化鐿(YbN)，及其任意兩種或更多種的合金。

在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：PrN、NdN、SmN、EuN、GdN、TbN、DyN、HoN、ErN、TmN、和YbN。

在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：PrN、NdN、SmN、GdN、TbN、DyN、HoN、ErN、和TmN，及其任意兩種或更多種的合金。

在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：PrN、NdN、SmN、GdN、TbN、DyN、HoN、ErN、和TmN。

在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、EuN、GdN、DyN、HoN、ErN、和YbN，及其任意兩種或更多種的合金。

在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、EuN、GdN、DyN、HoN、ErN、和YbN。

在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、GdN、DyN、HoN、和ErN，及其任意兩種或更多種的合金。

在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、GdN、DyN、HoN、和ErN。、

在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料之一或兩者均為稀土氮化物合金。在一些實(shí)施方案中，所述稀土氮化物合金選自由以下組成的組：(Sm,Gd)N、(Gd,Ho)N、和(Gd,Dy)N。在一些實(shí)施方案中，稀土氮化物合金為(Sm,Gd)N。在一些實(shí)施方案中，稀土氮化物合金為(Gd,Ho)N。在一些實(shí)施方案中，稀土氮化物合金為(Gd,Dy)N。

在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料之一或兩者均另外包含一種或多種額外的摻雜劑。通常，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料包含少于約10²¹個原子/cm³額外的一種或多種摻雜劑或其它雜質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料包含少于約10²⁰個原子/cm³額外的一種或多種摻雜劑或其它雜質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料包含少于約10¹⁹個原子/cm³額外的一種或多種摻雜劑或其它雜質(zhì)。

在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁性層由第一稀土氮化物材料組成。在其它實(shí)施方案中，所述第一鐵磁性層基本上由第一稀土氮化物材料組成。

在一些實(shí)施方案中，所述第二鐵磁性層由第二稀土氮化物材料組成。在其它實(shí)施方案中，所述第二鐵磁性層基本上由第二稀土氮化物材料組成。

在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁性層和所述第二鐵磁性層的組成不同。在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁性層和所述第二鐵磁性層的組成相同。

在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和所述第二稀土氮化物材料不同。在一些實(shí)施方案中，所述第一稀土氮化物材料和所述第二稀土氮化物材料相同。

所述第一鐵磁性層和所述第二鐵磁性層具有不同的矯頑場，即，所述鐵磁性層之一的矯頑場高于另一鐵磁性層的矯頑場。其與以下討論的阻擋層一起使得具有較低的矯頑場的鐵磁性層的磁取向可以通過外部場或通過自旋轉(zhuǎn)移力矩而改變，而不改變具有較高的矯頑場的鐵磁性層的磁取向。

在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁性層的矯頑場高于所述第二鐵磁性層的矯頑場。在其它實(shí)施方案中，所述第二鐵磁性層的矯頑場高于所述第一鐵磁性層的矯頑場。

具有較低的矯頑場的鐵磁性層的矯頑場通常為小于約500Oe。在一些實(shí)施方案中，具有較低的矯頑場的鐵磁性層的矯頑場小于約200Oe。

具有較高的矯頑場的鐵磁性層的矯頑場通常比具有較低的矯頑場的層的矯頑場大至少約2倍。在一些實(shí)施方案中，具有較高的矯頑場的鐵磁性層的矯頑場比具有較低的矯頑場的層的矯頑場大至少約10倍。在一些實(shí)施方案中，具有較高的矯頑場的鐵磁性層的矯頑場比具有較低的矯頑場的層的矯頑場大至少約100倍。

在一些實(shí)施方案中，矯頑場在約70K下測量。在其它實(shí)施方案中，矯頑場在約50K下測量。在其它實(shí)施方案中，矯頑場在約4K下測量。

在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間的矯頑場差別是溫度敏感性的。這樣的溫度敏感性可以使得磁性材料能夠被調(diào)整以用于不同的應(yīng)用中。

有利地，與具有～60％或更低的自旋極化比例的通常用于磁傳感器中或用于MRAM結(jié)構(gòu)的普通的鐵磁性金屬(例如CoFe和NiFe)相比，若干REN為高度自旋-極化的。

自旋電子器件例如基于磁性和電導(dǎo)之間的相互作用而操作，如果所有的導(dǎo)電電子(或空穴)均為自旋極化的，則其會強(qiáng)得多。預(yù)期本發(fā)明的磁性材料在例如第二鐵磁性層的磁化與第一鐵磁性層的磁化相反時的電阻與當(dāng)兩層的磁化被取向時的電阻之間顯示出較強(qiáng)的對比(與包含更弱自旋極化的材料的材料相比較)。

有利地，與在費(fèi)密能級下具有弱極化的s-電子的普通鐵磁性金屬相比，稀土氮化物具有極強(qiáng)地基于稀土d-電子的導(dǎo)帶。s電子決定隧道效應(yīng)，這在一些器件中是不利的。

在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁性稀土氮化物材料包含GdN。

在一些實(shí)施方案中，所述第二鐵磁性稀土氮化物材料包含SmN。有利地，SmN盡管鐵磁有序，但具有幾乎難以察覺的小的邊緣磁場，這防止當(dāng)關(guān)閉外部施加的磁場時鄰近的較軟磁性層的重新取向。

在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁稀土氮化物材料和所述第二鐵磁稀土氮化物材料均包含GdN。

在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁稀土氮化物材料包含GdN且所述第二鐵磁稀土氮化物材料包含SmN。在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁稀土氮化物材料包含SmN且所述第二鐵磁稀土氮化物材料包含GdN。

GdN和SmN的矯頑場差異為約3個數(shù)量級。

所述阻擋層為非磁性材料，即阻擋層不具有永久磁矩或不具有內(nèi)在的電子自旋的排序。阻擋層允許通過外部場或自旋轉(zhuǎn)移力矩對所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層的磁取向進(jìn)行獨(dú)立控制，即阻擋層防止第一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間的磁交換。

適合的阻擋層是與所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層非反應(yīng)性的，并且在用于制備磁性材料的加工條件期間是穩(wěn)定的。

在一些實(shí)施方案中，阻擋層選自由以下組成的組：LaN、LuN、HfN、AlN、GaN、和(Al,In,Ga)N合金。

在一些實(shí)施方案中，阻擋層選自由以下組成的組：LaN、LuN、和GaN。

在一些實(shí)施方案中，阻擋層包含GaN。在一些實(shí)施方案中，阻擋層由GaN組成。在其它實(shí)施方案中，阻擋層基本上由GaN組成。

在一些實(shí)施方案中，阻擋層為導(dǎo)體。在其它實(shí)施方案中，阻擋層為半導(dǎo)體。在其它實(shí)施方案中，阻擋層為絕緣體。

在其中阻擋層為導(dǎo)體的那些實(shí)施方案中，磁性材料適用于GMR磁場傳感器中，而包含絕緣阻擋層的磁性材料適用于MRAM設(shè)備和TMR磁場傳感器中，包含半導(dǎo)體阻擋層的磁性材料適用于磁性隧道結(jié)中。

在一些實(shí)施方案中，阻擋層與第一鐵磁性層外延。在其它實(shí)施方案中，阻擋層為多晶的。

在一些實(shí)施方案中，第二鐵磁性層與阻擋層外延。在其它實(shí)施方案中，第二鐵磁性層為多晶的。

在一些實(shí)施方案中，阻擋層與第一鐵磁性層外延且第二鐵磁性層與阻擋層外延。

稀土氮化物在面心立方體NaCl結(jié)構(gòu)中形成，晶格常數(shù)范圍為從LaN的至LuN的整個系列總計有10％的差異且鄰近的原子種類的氮化物之間有約0.7％的差異。因此，稀土氮化物為外延相容的。

因此，在一些實(shí)施方案中，阻擋層包含第三稀土氮化物材料。

在一些實(shí)施方案中，阻擋層包含LaN或LuN。

在一些實(shí)施方案中，阻擋層由LaN組成。在其它實(shí)施方案中，阻擋層基本上由LaN組成。

在一些實(shí)施方案中，阻擋層由LuN組成。在其它實(shí)施方案中，阻擋層基本上由LuN組成。

適合的阻擋層還包括多層結(jié)構(gòu)的材料。

在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層各自獨(dú)立地為約5-200nm厚。在一些實(shí)施方案中，所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層基本上為相同厚度。在其它實(shí)施方案中，所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層具有不同的厚度。

阻擋層通常為約1-200nm厚。在一些實(shí)施方案中，特別是其中阻擋層為絕緣體的那些實(shí)施方案中，阻擋層為約1-10nm厚。在一些實(shí)施方案中，特別是其中阻擋層為導(dǎo)體的那些實(shí)施方案中，阻擋層為約5-200nm厚。

在一些實(shí)施方案中，磁性材料還包含與第一鐵磁性層接觸的基底。

適合的基底是與第一鐵磁性層非反應(yīng)性的，并且在用于制備磁性材料的加工條件期間是穩(wěn)定的。

在一些實(shí)施方案中，所述基底為導(dǎo)體。在其它實(shí)施方案中，所述基底為半導(dǎo)體。在其它實(shí)施方案中，所述基底為絕緣體。

在一些實(shí)施方案中，第一鐵磁性層與基底外延。在其它實(shí)施方案中，第一鐵磁性層為多晶的。

在一些實(shí)施方案中，第一鐵磁性層與基底外延且阻擋層與第一鐵磁性層外延。

在一些實(shí)施方案中，第一鐵磁性層與基底外延，阻擋層與第一鐵磁性層外延，且第二鐵磁性層與阻擋層外延。

在一些實(shí)施方案中，基底為AlN、GaN或(Al,In,Ga)N合金。

其它適合的基底包括但不限于氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)和MgO。

其它適合的基底包括但不限于Al、W、Cr、Cu、Gd、Mg、TaN、NbN、GaAs、和MgF₂。

適合的基底包括多層結(jié)構(gòu)的材料。例如，多層結(jié)構(gòu)的基底可以包括與第一鐵磁性層接觸的緩沖層。

在一些實(shí)施方案中，基底包含Si或Al₂O₃，其任選具有AlN或GaN的緩沖層。在其它實(shí)施方案中，所述緩沖層為(Al,In,Ga)N合金。

在一些實(shí)施方案中，基底包含Al₂O₃。在一些實(shí)施方案中，基底包含沿(111)平面取向的Al₂O₃。在一些實(shí)施方案中，基底包含具有AlN或GaN外延(六重軸)緩沖層的沿(111)平面取向的Al₂O₃。

在一些實(shí)施方案中，磁性材料還包含與第二鐵磁性層接觸的覆蓋層。

由于它們在空氣中的分解，基底上的稀土氮化物薄膜通常使用有效的覆蓋層鈍化，以避免與環(huán)境大氣反應(yīng)。

適合的覆蓋層是與第二鐵磁性層非反應(yīng)性的。

所述覆蓋層可以是與第二鐵磁性層外延的、多晶的、或無定形的。

適于覆蓋層的材料包括但不限于Al、W、Cr、Cu、Gd、Mg、TaN、NbN、Si、YSZ、GaN、GaAs、AlN、(Al,In,Ga)N合金，和MgF₂。

在一些實(shí)施方案中，覆蓋層選自AlN、GaN、(Al,In,Ga)N合金，和Si。

在一些實(shí)施方案中，覆蓋層選自AlN和GaN。有利地，AlN和GaN為透明的，允許光學(xué)測量。AlN和GaN的其它益處包括它們易于生長和隨時間良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

在一些實(shí)施方案中，覆蓋層為GaN。

本發(fā)明的磁性材料的一個實(shí)施方案示于圖1中。

參見圖1，磁性材料(1)包含第一鐵磁性層(5)、第二鐵磁性層(10)、和在所述第一鐵磁性層(5)和第二鐵磁性層(10)之間并與所述第一鐵磁性層(5)和第二鐵磁性層(10)分別接觸的阻擋層(15)。所述第一鐵磁性層(5)包含第一稀土氮化物材料且所述第二鐵磁性層(10)包含第二稀土氮化物材料。所述第一稀土氮化物材料(5)和第二稀土氮化物材料(10)具有不同的矯頑場。圖1中顯示的磁性材料(1)的實(shí)施方案還包含任選存在的與所述第一鐵磁性層(5)接觸的基底(20)和任選存在的與所述第二鐵磁性層(10)接觸的覆蓋層(25)。

在第二個方面，本發(fā)明提供了磁性設(shè)備，其包含第一個方面的磁性材料和任選存在的電接觸。

這樣的電接觸可能是例如用于一些設(shè)備的寫入和/或讀出過程所要求的。適合的電接觸包括導(dǎo)電基底或用于隧道效應(yīng)設(shè)備(例如MRAM和TMR磁場傳感器)的底部金屬帶和頂部金屬帶或者用于平面內(nèi)電阻讀出器(例如GMR磁場傳感器)的接觸。

這樣的電接觸可以在設(shè)備制造期間預(yù)先沉積或后沉積，但本發(fā)明不限于此。

在一些實(shí)施方案中，基底和/或覆蓋層提供電接觸。

在第三個方面，本發(fā)明提供了制備第一個方面的磁性材料的方法，所述方法包括以下步驟：

(a)沉積包含第一稀土氮化物材料的第一鐵磁性層；

(b)在步驟(a)中形成的第一鐵磁性層上沉積阻擋層；和

(c)在步驟(b)中形成的阻擋層上沉積包含第二稀土氮化物材料的第二鐵磁性層。

在一些實(shí)施方案中，在基底上沉積第一鐵磁性層。適合的基底為如上所討論的。

因此，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了制備第一個方面的磁性材料的方法，所述方法包括以下步驟：

(a)在基底上沉積包含第一稀土氮化物材料的第一鐵磁性層；

(b)在步驟(a)中形成的第一鐵磁性層上沉積阻擋層；和

(c)在步驟(b)中形成的阻擋層上沉積包含第二稀土氮化物材料的第二鐵磁性層。

在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括：

(d)在步驟(c)中形成的第二鐵磁性層上沉積覆蓋層。

順序沉積所述這些層，通常使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的超高真空技術(shù)。適合的技術(shù)包括但不限于物理氣相沉積(PVD)，包括脈沖激光沉積(PLD)和DC/RF磁控濺射、熱蒸發(fā)和分子束外延(MBE)。也可以使用其它技術(shù)，包括但不限于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。

在一些實(shí)施方案中，通過MBE順序地沉積這些層。在這些實(shí)施方案中的一些中，使用反射高能電子衍射(RHEED)監(jiān)控層的生長。

MBE裝置中的基礎(chǔ)壓力通常為約10^-8托或更少。

例如GdN和SmN通過將稀土和氮源組合而通過MBE以薄膜的形式容易地生長。

所述氮源在生長表面提供反應(yīng)性氮原子。在一些實(shí)施方案中，所述氮源選自由以下組成的組：純分子氮、氨、和活性氮源例如氮等離子體或離子化氮，或其任意兩種或更多種的混合物。

在一些實(shí)施方案中，氮源選自由以下組成的組：純分子氮、氨、和活性氮源例如氮等離子體或離子化氮。

在一些實(shí)施方案中，氮源為純分子氮。

稀土可以由稀土元素源例如包含固體稀土的擴(kuò)散室(effusion cell)提供，所述固體稀土在沉積期間蒸發(fā)。

氮源流量通常比稀土流量大至少100倍。如果氮源流量與稀土流量的比例為小于約100，則生成的膜可能被氮空位大量地?fù)诫s。

在其中稀土氮化物材料通過MBE沉積的一些實(shí)施方案中，氮源的分壓或束等效壓力(BEP)為約10^-5-10^-3托。

在一些實(shí)施方案中，稀土的BEP為約10^-8-10^-7托。

這些層通常以約0.01-1nm/s的速率沉積。在一些實(shí)施方案中，這些層以約0.01-0.5nm/s的速率沉積。在一些實(shí)施方案中，這些層以約0.01-0.15nm/s的速率沉積。在一些實(shí)施方案中，這些層以約0.01-0.1nm/s的速率沉積。

在一些實(shí)施方案中，這些層在環(huán)境溫度下或在升高的溫度下沉積。

通常在升高的溫度下沉積層，其中期望層與待沉積至其上的層或基底外延。

例如，當(dāng)在環(huán)境溫度下生長時，GdN和SmN膜具有強(qiáng)(111)織構(gòu)，但在高于300℃的溫度下它們在適合的基底上外延生長。

因此，在一些實(shí)施方案中，這些層在約500-900℃的溫度下沉積。在一些實(shí)施方案中，這些層在約500-800℃的溫度下沉積。

然而，這些層可以在低于上述溫度的溫度下沉積，或甚至在環(huán)境溫度下沉積，特別是如果期望多晶材料時。例如，在較低的溫度下沉積稀土氮化物層通常導(dǎo)致較少的氮空位。

沉積期間的溫度可以方便地使用光學(xué)高溫計或本領(lǐng)域中已知的其它適合的裝置例如熱電偶測量。

在一些實(shí)施方案中，在存在純N₂氣或如上所討論的另一種氮源的情況下同時蒸發(fā)兩種或更多種稀土元素，以提供包含稀土氮化物材料的合金的層。

類似地，在其中基底、阻擋層和/或覆蓋層包含III族氮化物的那些實(shí)施方案中，也預(yù)期III族氮化物的合金。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在沉積這些層的一層或多層期間可以引入一種或多種摻雜劑。這樣的摻雜劑可以改變所得層的磁性質(zhì)和/或電性質(zhì)。

在第四個方面，本發(fā)明提供了通過第三個方面的方法制備的磁性材料。

本發(fā)明還提供了可通過第三個方面的方法獲得的磁性材料。

提供以下非限定性實(shí)例以解釋本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例

實(shí)施例1

參考圖1，使用分子束外延在(111)取向的Al₂O₃基底(20)上生長包含GdN第一鐵磁性層(5)和SmN第二鐵磁性層(10)且具有非磁性LaN阻擋層(15)的磁性材料(1)。

使用分子束外延在(111)取向的Al₂O₃基底(20)上生長包含GdN第一鐵磁性層(5)和SmN第二鐵磁性層(10)但不具有非磁性LaN阻擋層(15)的相應(yīng)的材料。

所加入的Ga、La、Sm和Gd固體進(jìn)料各自的純度均為至少3N。

超高真空室的基礎(chǔ)壓力為10^-8托。在稀土氮化物層的生長期間將基底(20)保持在750℃。通過在存在3x10^-4托分壓的純(至少4N)分子氮的情況下使用電子槍蒸發(fā)Gd金屬來生長GdN第一鐵磁性層(5)。GdN的生長速率為0.05nm/s，Gd的束等效壓力為8x10^-8托。GdN生長至100nm的厚度。當(dāng)存在時，在與用于GdN層的氮壓力相同的氮壓力下，通過使用電子槍蒸發(fā)La金屬，而在GdN第一鐵磁性層(5)的上方生長LaN非磁性阻擋層(15)。LaN的生長速率為0.04nm/s，La的束等效壓力為7x10^-8托。LaN生長至6nm的厚度。在與用于先前的層的氮分壓相同的氮分壓下，通過在熱蒸發(fā)器中蒸發(fā)Sm金屬，在用于第一材料的GdN的上方和用于第二材料的LaN上方生長SmN第二鐵磁性層(10)。SmN的生長速率為0.02nm/s，Sm的束等效壓力為3x10^-8托。SmN生長至5.5nm的厚度。

兩種材料均包含覆蓋層(25)，具體而言是以0.06nm/s的生長速率和1x10^-7托的束等效壓力在環(huán)境溫度下生長的25nm厚的GaN層。使用電子槍蒸發(fā)Ga金屬，以及使用在3x10^-4托的分壓下的來自市售的離子化氮源的離子化氮形成氮化物。

圖2中SmN/GdN材料和SmN/LaN/GdN材料的x射線磁性圓二色譜(XMCD)證明了通過在SmN和GdN層之間引入薄的間隔層而實(shí)現(xiàn)SmN層和GdN層中的磁化方向的解耦。XMCD本質(zhì)上測量磁化的強(qiáng)度和方向，并且能夠探測單獨(dú)來自各層的貢獻(xiàn)(圖2中的圖顯示了SmN的貢獻(xiàn))。有兩種類型的光譜：TEY(總電子收率，圖的上部分)，其僅探測表面；和TFY(總熒光收率，圖的下部分)，其探測從SmN層一直下至與下方GdN層的界面的總厚度。因此，TEY光譜代表不受GdN臨近處影響的SmN部分，而TFY顯示了由于接近GdN而對SmN的影響。

對于具有直接與GdN相鄰的SmN的材料，TFY具有與TEY相同的形狀但符號相反。這意味著在SmN表面處的磁化與GdN界面附近的磁化方向相反，這是GdN影響鄰近的SmN的明顯信號。對于在SmN和GdN之間具有阻擋層的材料，未觀察到信號的反轉(zhuǎn)，這意味著SmN的磁化在整個層為均一的方向，沒有受到GdN的強(qiáng)烈影響。因此，圖2證明了這兩個磁性層解耦。

實(shí)施例2

參考圖1，在基礎(chǔ)壓力為1x10^-8毫巴(7.5x10^-9托)的真空系統(tǒng)中，在室溫下生長由GdN電極(由薄GaN隧道阻擋(阻擋層(15)分隔的第一鐵磁性層(5)、第二鐵磁性層(10))組成的多晶磁性隧道結(jié)形式的磁性材料(1)。對于GdN層(5,10)，在1-10x10^-5毫巴(7.5-75x10^-6托)的氮分壓下以的速率由電子槍蒸發(fā)釓金屬。以相似的方式生長GaN間隔層，活性氮由考夫曼離子源提供。

通過光刻，以交叉接觸的幾何形狀形成隧道結(jié)。經(jīng)由光刻和金屬剝離工藝將窄的(100μm)金接觸片(未顯示)沉積在藍(lán)寶石基底(20)上。通過光刻制造與金片正交的200μm寬的通道。隨后沉積GdN/GaN/GdN隧道結(jié)(5,15,10)，然后沉積起覆蓋層(25)作用的～45nm釓金屬頂層以防止GdN的氧化。在生長隧道結(jié)和Gd層(25)之后，經(jīng)由第二剝離工藝將光刻膠除去。金屬Gd層(25)在高至室溫下為鐵磁性的，并且預(yù)期會破壞頂層和底層鐵磁性GdN層(5,10)的磁性質(zhì)之間的對稱。

截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示了GdN層(5,10)各為約60nm厚。在相似條件下生長的GaN層上進(jìn)行的X-射線反射法得到若干(～5)nm的厚度，與SEM結(jié)果一致。

為與隧道結(jié)相比較，在標(biāo)稱相同的生長條件下制備包含在藍(lán)寶石基底(20)上～100nm GdN膜(5)但沒有阻擋層(15)或第二鐵磁性層(10)的相應(yīng)材料，并使用～30nm厚GaN層(25)代替Gd層覆蓋。X射線衍射(Θ-2Θ掃描)揭示了GdN(5)為多晶，具有強(qiáng)(111)織構(gòu)，且具有的平面外晶格參數(shù)。

圖3顯示了典型的隧道阻擋在5和290K下的電流密度-電壓(J-V)特性。在包括顯示的那些的所有溫度5-290K下曲線均為非線性的，如同由隧道效應(yīng)決定的系統(tǒng)所預(yù)期的那樣。數(shù)據(jù)與Simmons開發(fā)的用于隧道穿過矩形阻擋層的模型擬合良好(參見J.G.Simmons,J.Appl.Phys.34 1793(1963)和J.G.Simmons,J.Appl.Phys.35 2472(1964))。

在所有溫度下的數(shù)據(jù)與1.91nm的阻擋寬度擬合極好，留下阻擋高度作為僅有的溫度依賴性擬合參數(shù)。圖3的插入圖顯示由擬合得到的溫度依賴性阻擋高度(向前和向后電流的平均值)。

模型化阻擋厚度與SEM和X射線反射率測量相似，但比這些測量的最佳估值略薄，這最可能是因?yàn)橐韵率聦?shí)：隧道效應(yīng)由阻擋的最薄部分決定的。在室溫下發(fā)現(xiàn)阻擋高度為1.5eV且在低溫下為1.65eV，這表明費(fèi)密能級靠近GaN阻擋的間隙的中間(假定GdN中的E_F靠近導(dǎo)帶最小值)。

在平行于這些層施加的增加長和減小場中測量的5K下的磁致電阻顯示出在其中一層在低于另一層的場下切換的磁性隧道結(jié)中預(yù)期的磁滯特征——參見圖4(a)。切換的場符合在圖4(b)中顯示的磁滯中觀察到的矯頑場。磁致電阻中的磁滯歸因于在導(dǎo)致高電阻狀態(tài)的低場下GdN層(5,10)中的決定性磁化方向的差異。

在不同的施加電流下測量的隧道阻擋的溫度依賴性電阻示于圖5中。在最小的電流(10nA)下測量的隧道阻擋的電阻比由單獨(dú)的GdN電阻率計算的電阻大四(5K下)至六(300K下)個數(shù)量級，因此，明顯的是磁性隧道結(jié)電阻由GaN阻擋決定。但主體GdN的電阻率的特征反映在磁性隧道結(jié)的性質(zhì)中。

實(shí)際上，不具有GaN阻擋但其它相似的GdN對照設(shè)備在垂直遷移方向中具有極低的電阻(<1Ω)。為進(jìn)行比較，范德堡幾何中測量的均質(zhì)GdN膜的電阻率示于圖5的插入圖中。均質(zhì)膜的電阻和隧道阻擋的電阻均顯示出相似的電子結(jié)構(gòu)，包括由GdN能帶的交換分裂的發(fā)生導(dǎo)致的在GdN的居里溫度附近50K下的峰，其降低了多數(shù)載流子活化能并因此降低了電阻。T_C附近的峰被抑制，且在較高的電流下隧道結(jié)中的總電阻降低，而對于主體GdN未見到這些效應(yīng)。對于較大的施加電流，因此對于電壓，與施加的電壓對于阻擋高度的影響相比較，能帶分裂的相對影響變小。顯然，穿過隧道結(jié)的遷移由GaN層的存在決定，但電極中的狀態(tài)密度對于設(shè)備特征也具有重要影響。

通過以下條款描述本發(fā)明的多個方面：

1.磁性材料，其包含第一鐵磁性層、第二鐵磁性層、和在所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間并與所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層分別接觸的阻擋層，其中所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層具有不同的矯頑場，且其中所述第一鐵磁性層包含第一稀土氮化物材料以及所述第二鐵磁性層包含第二稀土氮化物材料，且其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：氮化鐠(PrN)、氮化釹(NdN)、氮化釤(SmN)、氮化銪(EuN)、氮化釓(GdN)、氮化鋱(TbN)、氮化鏑(DyN)、氮化鈥(HoN)、氮化鉺(ErN)、氮化銩(TmN)、和氮化鐿(YbN)，及其任意兩種或更多種的合金。

2.如條款1所述的磁性材料，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：PrN、NdN、SmN、GdN、TbN、DyN、HoN、ErN、和TmN，及其任意兩種或更多種的合金。

3.如條款1所述的磁性材料，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、EuN、GdN、DyN、HoN、ErN、和YbN，及其任意兩種或更多種的合金。

4.如條款1-3所述的磁性材料，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、GdN、DyN、HoN、和ErN，及其任意兩種或更多種的合金。

5.如條款1所述的磁性材料，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：PrN、NdN、SmN、EuN、GdN、TbN、DyN、HoN、ErN、TmN、和YbN。

6.如條款1、2和5所述的磁性材料，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：PrN、NdN、SmN、GdN、TbN、DyN、HoN、ErN、和TmN。

7.如條款1、3和5所述的磁性材料，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、EuN、GdN、DyN、HoN、ErN、和YbN。

8.如條款1-7所述的磁性材料，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、GdN、DyN、HoN、和ErN。

9.如條款1-4所述的磁性材料，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料之一或兩者均為稀土氮化物合金。

10.如條款9所述的磁性材料，其中所述稀土氮化物合金選自由以下組成的組：(Sm,Gd)N、(Gd,Ho)N、和(Gd,Dy)N。

11.如條款1-10所述的磁性材料，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料之一或兩者均另外包含一種或多種額外的摻雜劑。

12.如條款1-11所述的磁性材料，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料包含少于約10²¹個原子/cm³的額外的一種或多種摻雜劑或其它雜質(zhì)。

13.如條款1-12所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性層基本上由所述第一稀土氮化物材料組成。

14.如條款1-13所述的磁性材料，其中所述第二鐵磁性層基本上由所述第二稀土氮化物材料組成。

15.如條款1-14所述的磁性材料，其中具有較低矯頑場的鐵磁性層的矯頑場為小于約500Oe。

16.如條款1-15所述的磁性材料，其中具有較高矯頑場的鐵磁性層的矯頑場比具有較低矯頑場的層的矯頑場大至少約2倍。

17.如條款1-16所述的磁性材料，其中所述矯頑場在約70K下測量。

18.如條款1-16所述的磁性材料，其中所述矯頑場在約50K下測量。

19.如條款1-16所述的磁性材料，其中所述矯頑場在約4K下測量。

20.如條款1-19所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間的矯頑場差異為溫度敏感性的。

21.如條款1-20所述的磁性材料，其中所述第二鐵磁性層的矯頑場高于所述第一鐵磁性層的矯頑場。

22.如條款1-20所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性層的矯頑場高于所述第二鐵磁性層的矯頑場。

23.如條款1-21所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性稀土氮化物材料包含GdN。

24.如條款1-23所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性稀土氮化物材料和第二鐵磁性稀土氮化物材料包含GdN。

25.如條款1-21和23所述的磁性材料，其中所述第二鐵磁性稀土氮化物材料包含SmN。

26.如條款1-21、23和25所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性稀土氮化物材料包含GdN且所述第二鐵磁性稀土氮化物材料包含SmN。

27.如條款1-20和22所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性稀土氮化物材料包含SmN且所述第二鐵磁性稀土氮化物材料包含GdN。

28.如條款1-27所述的磁性材料，其中所述阻擋層與所述第一鐵磁性層外延。

29.如條款1-28所述的磁性材料，其中所述第二鐵磁性層與所述阻擋層外延。

30.如條款1-29所述的磁性材料，其中所述阻擋層與所述第一鐵磁性層外延且所述第二鐵磁性層與所述阻擋層外延。

31.如條款1-30所述的磁性材料，其中所述阻擋層包含第三稀土氮化物材料。

32.如條款1-31所述的磁性材料，其中所述阻擋層包含LaN或LuN。

33.如條款1-33所述的磁性材料，其中所述阻擋層基本上由LaN組成。

34.如條款1-33所述的磁性材料，其中所述阻擋層基本上由LuN組成。

35.如條款1-27所述的磁性材料，其中所述阻擋層選自由以下組成的組：LaN、LuN、HfN、AlN、GaN、和(Al,In,Ga)N合金。

36.如條款1-27和35所述的磁性材料，其中所述阻擋層包含GaN。

37.如條款1-36所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層各自獨(dú)立地為約5-200nm厚。

38.如條款1-37所述的磁性材料，其中所述阻擋層為約1-200nm厚。

39.如條款1-38所述的磁性材料，其中所述磁性材料還包含與所述第一鐵磁性層接觸的基底。

40.如條款39所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性層與所述基底外延。

41.如條款39或40所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性層與所述基底外延且所述阻擋層與所述第一鐵磁性層外延。

42.如條款39-41所述的磁性材料，其中所述第一鐵磁性層與所述基底外延，所述阻擋層與所述第一鐵磁性層外延，且所述第二鐵磁性層與所述阻擋層外延。

43.如條款39-42所述的磁性材料，其中所述基底包含與所述第一鐵磁性層接觸的緩沖層。

44.如條款1-42所述的磁性材料，其中所述磁性材料還包含與所述第二鐵磁性層接觸的覆蓋層。

45.如條款44所述的磁性材料，其中所述覆蓋層與所述第二鐵磁性層外延。

46.制備磁性材料的方法，所述磁性材料包含第一鐵磁性層、第二鐵磁性層、和在所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間并與所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層分別接觸的阻擋層，其中所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層具有不同的矯頑場，且其中所述第一鐵磁性層包含第一稀土氮化物材料以及所述第二鐵磁性層包含第二稀土氮化物材料，且其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：氮化鐠(PrN)、氮化釹(NdN)、氮化釤(SmN)、氮化銪(EuN)、氮化釓(GdN)、氮化鋱(TbN)、氮化鏑(DyN)、氮化鈥(HoN)、氮化鉺(ErN)、氮化銩(TmN)、和氮化鐿(YbN)，及其任意兩種或更多種的合金，所述方法包括以下步驟：

(a)沉積包含所述第一稀土氮化物材料的所述第一鐵磁性層；

(b)在步驟(a)中形成的所述第一鐵磁性層上沉積所述阻擋層；和

(c)在步驟(b)中形成的所述阻擋層上沉積包含所述第二稀土氮化物材料的所述第二鐵磁性層。

47.如條款46所述的方法，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：PrN、NdN、SmN、GdN、TbN、DyN、HoN、ErN、和TmN，及其任意兩種或更多種的合金。

48.如條款46所述的方法，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、EuN、GdN、DyN、HoN、ErN、和YbN，及其任意兩種或更多種的合金。

49.如條款46-48所述的方法，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、GdN、DyN、HoN、和ErN，及其任意兩種或更多種的合金。

50.如條款46所述的方法，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：PrN、NdN、SmN、EuN、GdN、TbN、DyN、HoN、ErN、TmN、和YbN。

51.如條款46、47和50所述的方法，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：PrN、NdN、SmN、GdN、TbN、DyN、HoN、ErN、和TmN。

52.如條款46、48和50所述的方法，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、EuN、GdN、DyN、HoN、ErN、和YbN。

53.如條款46-52所述的方法，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料各自獨(dú)立地選自由以下組成的組：NdN、SmN、GdN、DyN、HoN、和ErN。

54.如條款46-49所述的方法，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料之一或兩者均為稀土氮化物合金。

55.如條款54所述的方法，其中所述稀土氮化物合金選自由以下組成的組：(Sm,Gd)N、(Gd,Ho)N、和(Gd,Dy)N。

56.如條款46-55所述的方法，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料之一或兩者均另外包含一種或多種額外的摻雜劑。

57.如條款46-56所述的方法，其中所述第一稀土氮化物材料和第二稀土氮化物材料包含少于約10²¹個原子/cm³的額外的一種或多種摻雜劑或其它雜質(zhì)。

58.如條款46-57所述的方法，其中所述第一鐵磁性層基本上由所述第一稀土氮化物材料組成。

59.如條款46-58所述的方法，其中所述第二鐵磁性層基本上由所述第二稀土氮化物材料組成。

60.如條款46-59所述的方法，其中具有較低矯頑場的鐵磁性層的矯頑場為小于約500Oe。

61.如條款46-60所述的方法，其中具有較高矯頑場的鐵磁性層的矯頑場比具有較低矯頑場的層的矯頑場大至少約2倍。

62.如條款46-61所述的方法，其中所述矯頑場在約70K下測量。

63.如條款46-61所述的方法，其中所述矯頑場在約50K下測量。

64.如條款46-61所述的方法，其中所述矯頑場在約4K下測量。

65.如條款46-64所述的方法，其中所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間的矯頑場差異為溫度敏感性的。

66.如條款46-65所述的方法，其中所述第二鐵磁性層的矯頑場高于所述第一鐵磁性層的矯頑場。

67.如條款46-65所述的方法，其中所述第一鐵磁性層的矯頑場高于所述第二鐵磁性層的矯頑場。

68.如條款46-66所述的方法，其中所述第一鐵磁性稀土氮化物材料包含GdN。

69.如條款46-68所述的方法，其中所述第一鐵磁性稀土氮化物材料和第二鐵磁性稀土氮化物材料包含GdN。

70.如條款46-66和68所述的磁性材料，其中所述第二鐵磁性稀土氮化物材料包含SmN。

71.如條款46-66、68和70所述的方法，其中所述第一鐵磁性稀土氮化物材料包含GdN且所述第二鐵磁性稀土氮化物材料包含SmN。

72.如條款46-65和67所述的方法，其中所述第一鐵磁性稀土氮化物材料包含SmN且所述第二鐵磁性稀土氮化物材料包含GdN。

73.如條款46-72所述的方法，其中所述阻擋層與所述第一鐵磁性層外延。

74.如條款46-73所述的方法，其中所述第二鐵磁性層與所述阻擋層外延。

75.如條款46-74所述的方法，其中所述阻擋層與所述第一鐵磁性層外延且所述第二鐵磁性層與所述阻擋層外延。

76.如條款46-75所述的方法，其中所述阻擋層包含第三稀土氮化物材料。

77.如條款46-76所述的方法，其中所述阻擋層包含LaN或LuN。

78.如條款46-77所述的方法，其中所述阻擋層基本上由LaN組成。

79.如條款46-78所述的方法，其中所述阻擋層基本上由LuN組成。

80.如條款46-72所述的方法，其中所述阻擋層選自由以下組成的組：LaN、LuN、HfN、AlN、GaN、和(Al,In,Ga)N合金。

81.如條款46-72和80所述的方法，其中所述阻擋層包含GaN。

82.如條款46-81所述的方法，其中所述第一鐵磁性層和第二鐵磁性層各自獨(dú)立地為約5-200nm厚。

83.如條款46-82所述的方法，其中所述阻擋層為約1-200nm厚。

84.制備如條款1-38所述的鐵磁性材料的方法，所述方法包括以下步驟：

(a)沉積包含第一稀土氮化物材料的第一鐵磁性層；

(b)在步驟(a)中形成的第一鐵磁性層上沉積阻擋層；和

(c)在步驟(b)中形成的阻擋層上沉積包含第二稀土氮化物材料的第二鐵磁性層。

85.如條款46-84所述的方法，其中所述第一鐵磁性層沉積在基底上。

86.如條款85所述的方法，其中所述第一鐵磁性層與所述基底外延。

87.如條款85或86所述的方法，其中所述第一鐵磁性層與所述基底外延且所述阻擋層與所述第一鐵磁性層外延。

88.如條款85-87所述的方法，其中所述第一鐵磁性層與所述基底外延，所述阻擋層與所述第一鐵磁性層外延，且所述第二鐵磁性層與所述阻擋層外延。

89.如條款85-88所述的方法，其中所述基底包含與所述第一鐵磁性層接觸的緩沖層。

90.如條款46-89所述的方法，其中所述方法另外包括：

(d)在步驟(c)中形成的第二鐵磁性層上沉積覆蓋層。

91.如條款90所述的方法，其中所述覆蓋層與所述第二鐵磁性層外延。

92.如條款46-91所述的方法，其中使用超高真空技術(shù)順序地沉積所述層。

93.如條款92所述的方法，其中所述超高真空技術(shù)選自由以下組成的組：物理氣相沉積(PVD)、脈沖激光沉積(PLD)、DC/RF磁控濺射、熱蒸發(fā)和分子束外延(MBE)。

94.如條款46-93所述的方法，其中通過MBE順序地沉積所述層。

95.如條款46-91所述的方法，其中通過將稀土和氮源結(jié)合而通過MBE沉積一種或多種稀土氮化物材料。

96.如條款95所述的方法，其中所述氮源選自由以下組成的組：純分子氮、氨、和活性氮源，或其任意兩種或更多種的混合物。

97.如條款96所述的方法，其中所述活性氮源為氮等離子體或離子化氮。

98.如條款97所述的方法，其中所述氮源為純分子氮。

99.如條款95-98所述的方法，其中所述氮源流量比所述稀土流量大至少100倍。

100.如條款95-99所述的方法，其中所述氮源的分壓或束等效壓力(BEP)為約10^-5-10^-3托。

101.如條款95-100所述的方法，其中所述稀土的BEP為約10^-8-10^-7托。

102.如條款46-101所述的方法，其中所述層以約0.01-1nm/s的速率沉積。

103.如條款46-102所述的方法，其中所述層在環(huán)境溫度下或在升高的溫度下沉積。

104.如條款46-103所述的方法，其中所述層的一層或多層在約500-900℃的溫度下沉積。

105.如條款46-104所述的方法，其中所述層的一層或多層在約500-800℃的溫度下沉積。

106.通過如條款46-105所述的方法制備的磁性材料。

107.可通過如條款46-105所述的方法獲得的磁性材料。

108.磁性設(shè)備，其包含如條款1-45、106和107所述的磁性材料和任選存在的電接觸。

109.如條款108所述的磁性設(shè)備，其中基底和/或覆蓋層提供電接觸。

不意圖將本發(fā)明的范圍僅限制在上述實(shí)例的范圍內(nèi)。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，可能有許多變體，而不偏離所附權(quán)利要求中列舉的本發(fā)明的范圍。