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

1、新型電子器件的發(fā)展越來越受到學術界和工業(yè)領域的關注，尤其是自旋電子學這一方向。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。本論文重點就自旋流的產(chǎn)生和探測分離技術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作為自旋流的產(chǎn)生和檢測手段。論文從描述磁矩進動的Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程、廣義歐姆定律以及自旋擴散等基本原理出發(fā)，推導出自旋整流電壓VSRE和逆自旋霍

2、爾電壓VISHE的表達式，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進行測量，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。
　　其次，從自旋的非平衡擴散出發(fā)，推導出VISHE的解析表達式，從而提出了利用改變外加磁場角度進行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。若簡單認為這全部由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。
　　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，而與樣品本身無關，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)進行了計算，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的，而與微波頻率無關。
　　最后，通過對雙層薄膜材料的界面進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