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(lái)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(cè)是其核心技術(shù)。本論文重點(diǎn)就自旋流的產(chǎn)生和探測(cè)分離技術(shù)這兩個(gè)方面展開(kāi)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(cè)手段。論文從描述磁矩進(jìn)動(dòng)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(chǎng)角度和翻轉(zhuǎn)樣品兩種測(cè)試方法，用于分離出VSRE和VISHE信號(hào)；同時(shí)搭建鐵磁共振和自旋整流測(cè)試平臺(tái)，并對(duì)樣品的逆自旋霍爾效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，并研究了薄膜界面對(duì)自旋注入的影響。
　　首先，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)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(duì)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(hào)的信噪比更高，獲得的信號(hào)的線性度更好，更方便、可靠地通過(guò)數(shù)據(jù)擬合獲得材料

3、參數(shù)。對(duì)比測(cè)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(cè)得電壓隨外加靜磁場(chǎng)變化的線型中，對(duì)稱分量占更大比重，這是源于ISHE對(duì)于對(duì)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(chǎng)角度進(jìn)行VSRE和VISHE分量分離的測(cè)試方法，結(jié)果表明了兩者對(duì)測(cè)試電壓曲線中的對(duì)稱分量AL

4、均有兩者的貢獻(xiàn)。若簡(jiǎn)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(huì)偏高15.4％左右。同時(shí)，利用兩個(gè)電壓對(duì)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(cè)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(guò)掃頻率功率的測(cè)試，得出VSRE和VISHE隨頻率的變化僅與測(cè)試夾具相關(guān)，而與樣品本身無(wú)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(duì)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(shuō)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(wú)關(guān)。
　　最后，通過(guò)對(duì)雙層薄膜材料的界面進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的氧化研究其對(duì)自旋注入的影響。結(jié)果表明，隨著FM/NM界面氧化時(shí)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(shí)長(zhǎng)增加至2h時(shí)，自旋將不再能從磁性樣品中注入到非磁性層。同時(shí)，VISHE隨樣品界面氧化時(shí)間的增加而減小