NiFe-Pt薄膜結(jié)構(gòu)的自旋泵浦-逆自旋霍爾效應(yīng)的研究.pdf

1、新型電子器件的發(fā)展越來越受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)注，尤其是自旋電子學(xué)這一方向。在自旋器件中，電子的自旋特性作為信息的傳輸載體，自旋流的產(chǎn)生，傳輸和探測是其核心技術(shù)。本論文重點(diǎn)就自旋流的產(chǎn)生和探測分離技術(shù)這兩個方面展開研究，分別采用自旋泵浦和逆自旋霍爾效應(yīng)作為自旋流的產(chǎn)生和檢測手段。論文從描述磁矩進(jìn)動的Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程、廣義歐姆定律以及自旋擴(kuò)散等基本原理出發(fā)，推導(dǎo)出自旋整流電壓VSRE和逆自旋霍

2、爾電壓VISHE的表達(dá)式，據(jù)此提出了旋轉(zhuǎn)磁場角度和翻轉(zhuǎn)樣品兩種測試方法，用于分離出VSRE和VISHE信號；同時搭建鐵磁共振和自旋整流測試平臺，并對樣品的逆自旋霍爾效應(yīng)進(jìn)行測量，并研究了薄膜界面對自旋注入的影響。
　　首先，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得鐵磁共振線寬等參數(shù)，并同自旋整流方法獲得的參數(shù)對比，結(jié)果表明，用兩種方法均能得到一致的結(jié)果，但在自旋整流方法中，信號的信噪比更高，獲得的信號的線性度更好，更方便、可靠地通過數(shù)據(jù)擬合獲得材料

3、參數(shù)。對比測試NiFe和NiFe/Pt兩樣品的結(jié)果，表明在雙層膜樣品由于存在自旋注入導(dǎo)致其的鐵磁共振線寬大于單層膜樣品。另外，相比于比單層膜樣品，雙層膜樣品所測得電壓隨外加靜磁場變化的線型中，對稱分量占更大比重，這是源于ISHE對于對稱分量有所貢獻(xiàn)。
　　其次，從自旋的非平衡擴(kuò)散出發(fā)，推導(dǎo)出VISHE的解析表達(dá)式，從而提出了利用改變外加磁場角度進(jìn)行VSRE和VISHE分量分離的測試方法，結(jié)果表明了兩者對測試電壓曲線中的對稱分量AL

4、均有兩者的貢獻(xiàn)。若簡單認(rèn)為這全部由ISHE產(chǎn)生的，則獲得的自旋注入效率將會偏高15.4％左右。同時，利用兩個電壓對自旋流的注入方向的不同依賴性，提出了一種翻轉(zhuǎn)樣品測試方法。該方法比轉(zhuǎn)角度的方法能更方便，快捷地分離VSRE和VISHE兩者的貢獻(xiàn)。
　　通過掃頻率功率的測試，得出VSRE和VISHE隨頻率的變化僅與測試夾具相關(guān)，而與樣品本身無關(guān)，并且由于自旋的注入，雙層薄膜的幅值特征主要體現(xiàn)在AL分量上。隨著微波功率的增大，樣品的VI

5、SHE值呈線性增加。之后對薄膜的自旋霍爾角這一材料本征的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明自旋霍爾角不隨頻率變化，說明自旋轉(zhuǎn)化效率是和薄膜樣品本身相關(guān)的，而與微波頻率無關(guān)。
　　最后，通過對雙層薄膜材料的界面進(jìn)行不同時長的氧化研究其對自旋注入的影響。結(jié)果表明，隨著FM/NM界面氧化時間的增加，樣品的阻尼系數(shù)和鐵磁共振線寬均有所增加，當(dāng)氧化時長增加至2h時，自旋將不再能從磁性樣品中注入到非磁性層。同時，VISHE隨樣品界面氧化時間的增加而減小