坡莫合金鐵磁性與自旋混合電導(dǎo)相關(guān)性.pdf

1、新型自旋電子器件具有高運算速度、低損耗、非易失性等優(yōu)良特性，其發(fā)展引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。隨著磁存儲方面的更多發(fā)展，電子的輸運特性與自旋的相關(guān)關(guān)系變得尤為密切和重要，并逐漸形成以研究自旋的產(chǎn)生、探測和調(diào)控等為主要內(nèi)容的自旋電子學(xué)。本論文從描述LLG方程、廣義歐姆定律和逆自旋霍爾效應(yīng)等基本原理出發(fā)，闡述自旋整流電壓（VSRE）和逆自旋霍爾電壓（VISHE）與微波磁場、樣品磁阻等的相互關(guān)系；通過翻轉(zhuǎn)測試樣品的方法，分離了VSRE和VI

2、SHE信號；獲得了樣品的磁共振線寬、阻尼系數(shù)、自旋霍爾角（θSH）等參數(shù)，研究了自旋參量與電阻率的關(guān)系。
　　首先利用磁控濺射技術(shù)，在SiO2襯底上制備了NiFe和NiFe/Ta薄膜樣品，并利用真空磁場退火工藝改善薄膜的磁性能，接著測試樣品的各項異性磁阻(AMR)、電阻、表面粗糙度等物理參量。研究發(fā)現(xiàn)熱處理溫度在100℃～500℃之間，NiFe和NiFe/Ta的AMR隨處理溫度升高先增大后減小，且在400℃均達(dá)到最大值，分別是0.

3、8和1.0；AMR曲線的半高寬隨熱處理溫度的增加逐漸減小，其原因在于熱處理后，原子排列有序，界面散射降低，電阻率下降；然而高溫下晶粒生長不均，導(dǎo)致表面粗糙度增大；在熱處理過程中，NiFe/Ta薄膜界面互擴(kuò)散，擴(kuò)散層厚度隨處理溫度的增加從21.49埃米逐漸增加到25.65埃米，導(dǎo)致NiFe中非活性磁性層的厚度增加，影響磁阻的大小，且每層薄膜密度增大，說明缺陷減少，樣品更加致密。
　　然后，利用基于短路微帶線的自旋整流測試平臺測試Ni

4、Fe樣品和NiFe/Ta樣品的光致電壓，采用翻轉(zhuǎn)測試方法分離出VSRE和VISHE，擬合測試曲線得出鐵磁共振線寬、阻尼系數(shù)。對比NiFe單層膜和NiFe/Ta雙層膜的測試結(jié)果，在NiFe/Ta樣品中由于自旋注入導(dǎo)致阻尼系數(shù)增大，使其鐵磁共振線寬在各頻率點均大于NiFe樣品。在NiFe/Ta樣品中的電壓隨磁場的變化曲線中其對稱分量由于ISHE的貢獻(xiàn)，占更大比重；NiFe和NiFe/Ta本征鐵磁共振線寬ΔH0均小于5Oe，與單晶薄膜樣品相當(dāng)

5、，說明表面鐵磁薄膜的非均勻性非常小。兩種不同結(jié)構(gòu)的樣品中，NiFe薄膜結(jié)晶質(zhì)量沒有大的差別，在NiFe的表面增加Ta層并不能提高NiFe的結(jié)晶度，從而使得樣品的此性能具有可比性。
　　最后，探討了NiFe/Ta電子輸運對自旋的影響。通過矢網(wǎng)測試鐵磁薄膜的吸收功率，計算樣品中的微波磁場，進(jìn)而獲得自旋霍爾角θSH和自旋混合電導(dǎo)。研究結(jié)果表明自旋霍爾角不隨頻率而變，說明自旋注入效率與樣品本身相關(guān)，與頻率無關(guān)。雖然理論模型預(yù)測θ2SH與電

6、導(dǎo)率成正比關(guān)系，然而實驗數(shù)據(jù)變化關(guān)系不明顯，理論與實驗存在一定差距；基于鐵磁共振線寬與頻率的關(guān)系式轉(zhuǎn)換得到的自旋混合電導(dǎo)gtotmix和基于逆自旋霍爾電壓與磁矩進(jìn)動角的關(guān)系式轉(zhuǎn)換得到的自旋混合電導(dǎo)geffmix與電阻率的變化趨勢大體一致，幅值在1×1019m-2左右波動，基于兩種不同的理論得出gmix具有相同的變化趨勢，該結(jié)果表明在鐵磁材料中自旋動量的損耗是通過ISHE轉(zhuǎn)換成直流電壓，并且自旋混合電導(dǎo)大小主要由非磁性層決定，而不是由磁性