(Magnetoresistance)的發展及材料則是其中的基礎課題。大約 100 年前法拉第就 已發現磁場會影響電子的運動，而磁電阻現象簡言之就是導體電阻隨外加磁場改 言，由於勞倫茲力(Lorentz force)對傳導電子的作用，使傳導電子的路徑改變而改 變電阻的現象稱為常磁電阻(Ordinary magnetoresistance)，電阻隨外加磁場增加而 增大，是為正磁阻；對磁性金屬而言，因傳導電子與磁性材料中狀態不同之束縛 電子碰撞而有不同能量損失，造成電阻的不同，電阻與電流與磁場方向有關，此 為 Lord Kelvin 在 1857 年 所 發 現 ， 稱 為 異 向 性 磁 阻 (Anisotropy Magnetoresistance)[1]；隨著鍍膜技術的發展，各類磁阻材料日益地發展出來，1988 年 Baibich 等人在低溫下發現在 Fe/Cr 多層膜之磁阻值可達 50%[2]，遠大於早期 發現的 AMR 效應，故稱為巨磁阻(Giant Magnetoresistance)。2007 年諾貝爾物理 獎頒發給 A. Fert 和 P. Grünberg 兩位教授以表彰他們發現了巨磁阻效應。
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寸應小於該磁性材料的交換耦合長度(exchange length)，約為幾個奈米大小，因原子間鐵磁耦合夠強，而此在幾個奈米範圍內的原子磁矩可視為單一行為，而 順時針或逆時針渦旋態(vortex state)與渦旋核心(vortex core)向上或向下的四 種不同狀態，或是可以做成一個三層膜結構，如自旋閥或是高頻震盪器，而實驗 鎳鐵(Ni80%Fe20%, permalloy, Py)磁盤，設計各種裝置，以便於我們可以探 討我們感興趣的渦漩核心垂直方向共振激發。第一種設計我們利用了三層膜結構 鉭/鎳鐵/銅/鎳鐵(Ta/Py/Cu/Py)，在這樣的結構之中，因為上下兩層的鎳鐵 會有平行狀態或是反平行狀態的磁矩排列變化，在測量其電阻時會有「巨磁阻效
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生反自旋霍爾效應(inverse spin Hall effect, ISHE)進而產生純自旋流，讓我們 能輕易的量測到共振的間接訊號。第二部份我們利用「形狀異相性」的特性，製‧ 國
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我們彌補這一塊不足的部分，甚至還能在有任何新穎的想法時，也可以先使用模 擬探討其可能性，凸字型結構也是先利用模擬找出其特性才發展至實驗，下述的 概念亦是如此，利用垂直異相性的自旋閥薄膜，產生Skyrmion 態。Skyrmion 是近來最火熱的物理主題之一，它就像是渦旋態但是磁矩排列方式卻是垂直方向，
倘若能用人造的方式產生，將可以大量縮小日後量產記憶體時裝置的空間，因為 垂直方向磁組相較於水平方向磁阻需要排列的空間減少許多，在本論文中，我們 利用水平方向的微波擾動垂直異相性的薄膜，使其產生 Skyrmion 態，再利用 自旋閥結構，可以發現到兩層分別產生 Skyrmion 態和標準態，利用這樣的差 別製作CPP 樣品變可以因巨磁阻效應量測其電阻差，驗證 Skyrmion 態。在模 擬發現到這樣的情形之後，本論文最後製作了Pd/Co 多層膜，找到了垂直異相 性(PMA)並成功做出自旋閥設計，在未來製作人造 Skyrmion 態時邁向嶄新的一 階段。
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