Fe/MgAl$_2$O$_4$ 界面的垂直磁各向异性：与 Fe/MgO 的第一性原理比较研究

我们对 Fe/MgAl$_2$O$_4$ 的界面磁晶各向异性进行了理论研究。该系统在界面处的晶格失配非常小，因此适合用于实现磁隧道结的全相干铁磁体/氧化物界面。基于密度泛函理论，我们计算了界面各向异性常数 $K_{\rm i}$，并表明该系统具有界面垂直磁各向异性（PMA），其 $K_{\rm i} \approx 1.2\,{\rm mJ/m^2}$，略小于 Fe/MgO 的值（$K_{\rm i} \approx$ 1.5--1.7$\,{\rm mJ/m^2}$）。针对自旋-轨道相互作用的二阶微扰分析阐明了，Fe/MgAl$_2$O$_4$ 与 Fe/MgO 之间 $K_{\rm i}$ 的差异源于界面处自旋翻转散射项贡献的差异。我们提出，在 Fe/MgAl$_2$O$_4$ 的界面处插入钨层是获得巨大界面 PMA（$K_{\rm i} \gtrsim 3\,{\rm mJ/m^2}$）的一种有前景的方法。