半金属材料在不同的自旋带上分别有金属和半导体的性质,半金属材料中的Heusler合金具有极高的总磁矩,利用其半金属性和高总磁矩和高自旋极化等特性,能够制备出特殊的合金薄膜,研制性能优异的功能材料和器件。本研究通过实验和自旋波理论两种方法,结合到目前为止的研究现状,研究Co₂MnSi和CoTiSb两组分的合金化合物的薄膜,总结研究结果,设计特殊形状和测量方法的薄膜,讨论其性质,同时用自旋波理论讨论合金在零温条件下,系统参数对磁性质和态的影响。研究分为如下五章内容。第一章介绍了自旋电子学的研究内容,简述了磁阻效应的分类和特征,根据研究中的不足,引入半金属性铁磁材料和Heusler合金,选择Co₂MnSi和CoTiSb作为研究组分,总结物性和制备两方面的研究进展,用海森堡模型对基态的磁性质和相进行研究。第二章介绍了合金靶材和薄膜制备的具体实验方案,讨论了实验方法和操作流程,对比研究现状中不同制备方法实验结果,分析实验操作、仪器参数等对薄膜制备的影响。参数包括:脉冲激光能量E,脉冲频率F,沉积室压强P,基底温度T,基底材料和沉积时间等。也介绍了理论研究的海森堡模型和自旋波理论的具体方法。第三章采用PLD制备Co₂MnSi合金薄膜,测量分析制得样品的X射线衍射图谱,扫描电子显微镜测出的表面形貌和X射线能谱仪测得的薄膜成分,确定薄膜结构。分析实验参数的变化对薄膜样品结构的影响,得出结果:1设定适当的激光能量,能够制备出结构与块材相符的薄膜;2频率影响薄膜表面的平整度、致密程度以及膜的厚度;3沉积室压强影响薄膜的结构和不同沉积时间下薄膜的厚度。根据研究结果和研究现状,设计了特殊几何形状的合金薄膜与磁电阻测量方法,讨论该薄膜的磁阻性质。第四章采用PLD制备CoTiSb合金薄膜,测量分析制得样品的X射线衍射图谱,扫描电子显微镜测出的表面形貌和X射线能谱仪测得的薄膜成分,确定薄膜结构。实验参数对结果的影响和Co₂MnSi合金薄膜的制备相似。第五章采用自旋波理论,研究各向异性二维阻挫平方格子的基态性质,讨论了系统的各向异性对磁性质的影响对于阻挫平方格子。研究表明:不同的各向异性参数和次近邻交换积分常数取不同值时,系统分别处于奈尔态、共线态、自旋液态或者奈尔和共线态的叠加态。第六章总结了本研究的主要结果,简述了实验的改进方向和后续研究的内容。