表面等離子體在自旋電子學(xué)器件中的應(yīng)用研究.pdf

1、目錄摘要??????????????????????????．1A b s t r a c t ?????????????????????????????????3第一章引言???????????????????????5參考文獻(xiàn)?????????????????????????????1 2第二章表面等離子體的性質(zhì)及其應(yīng)用???????????．．1 72 ．1 表面等離子體的種類及激發(fā)方式????????????????．．1 72

2、 ．1 ．1 傳播表面等離子體及激發(fā)方式???????????????????．．1 72 ．1 ．2 局域表面等離子體????????????????????????．．2 32 ．2 表面等離子體在能量收集中的應(yīng)用???????????????．．2 6參考文獻(xiàn)????????????????????????????．．2 8第三章鐵磁材料的自旋整流效應(yīng)?????????????．．3 l3 ．1 鐵磁材料的電磁性質(zhì)????????

3、??????????????3 13 ．1 ．1 各向異性磁電阻?????????????????????????．3 13 ．1 ．2 霍爾效應(yīng)????????????????????????????3 23 ．1 ．3 磁化動力學(xué)???????????????????????????3 33 ．2 自旋整流效應(yīng)?????????????????????????3 93 ．2 ．1 微波光電阻?????????????????????

4、??????4 23 ．2 ．2 自旋整流光電壓?????????????????????????．4 3參考文獻(xiàn)?????????????????????????????4 6第四章表面等離子體天線的設(shè)計?????????????．．4 9參考文獻(xiàn)?????????????????????????????5 4第五章樣品制備及實驗裝置???????????????．．5 55 ．1 樣品制備??????????????????????

5、?????5 55 ．2 實驗裝置???????????????????????????5 8博士學(xué)位論文 摘婪摘要表面等離子體( S u r f a c eP l a s m o n ) 是電磁波和金屬相互作用，在金屬與介質(zhì)界面處產(chǎn)生的一種表面模式。它是金屬內(nèi)部大量的自由電子，在電磁波的作用下，集體振蕩的一種模式。這些模式可以分為傳播表面等離子體( P r o p a g a t i n gS u r f a c eP l a s m

6、 o n ，P S P ) 和局域表面等離子體( L o c a l i z e dS u r f a c eP l a s m o n ，L S P ) 。兩種模式的表面等離子體都具有強(qiáng)的電磁場束縛能力，它把電磁波的能量束縛在金屬表面附近的亞波長范圍內(nèi)，使得此區(qū)域的場強(qiáng)相比于入射場強(qiáng)有好幾個量級的增強(qiáng)。這種強(qiáng)的電磁場有很多應(yīng)用價值，如表面增強(qiáng)拉曼光譜、增強(qiáng)透射、提高量子阱紅外探測器的靈敏度等等。電學(xué)探測鐵磁共振是一種很強(qiáng)大的實驗手段。

7、過去的十幾年里，它吸引了很多研究者的興趣，如磁學(xué)、自旋電子學(xué)、微波技術(shù)等領(lǐng)域。它被廣泛應(yīng)用于研究鐵磁薄膜、雙層膜、基于磁性的多層膜的磁隧穿結(jié)等。自旋整流效應(yīng)是一種重要的電學(xué)探測自旋動力學(xué)的手段，而且是鐵磁薄膜系統(tǒng)中諸多效應(yīng)中的一種很重要的效應(yīng)，它所產(chǎn)生的整流光電壓正比于微波的電場分量和磁場分量的乘積。它有著巨大的潛在應(yīng)用價值，如微波探測器、無損成像、介電常數(shù)測量等等。以上兩個領(lǐng)域都是學(xué)術(shù)界的熱門領(lǐng)域，然而他們之間的結(jié)合卻寥寥無幾?；趦?/p>

8、個領(lǐng)域豐富的物理效應(yīng)和潛力巨大的應(yīng)用價值，其相互結(jié)合，不僅在理論上而且在應(yīng)用上，都應(yīng)該有著非常重要的意義。本論文設(shè)計了一種新穎的表面等離子體天線，它可被看成兩個經(jīng)典的背靠背的C 字形開口諧振環(huán)( C 字形開口諧振環(huán)是構(gòu)成超材料的一種基本單元) ，它有著類似L C 諧振回路的本征共振頻率，共振頻率的高低取決于它的尺寸的大小。在共振頻率處，該表面等離子體天線具有在中心近場區(qū)域同時增強(qiáng)電磁波的電場分量和磁場分量的能力。這一特點正好吻合了自旋整

9、流效應(yīng)對微波電磁場分量的要求，當(dāng)然還可以根據(jù)不同器件的需要設(shè)計相應(yīng)的表面等離子體天線。表面等離子體天線可以被靈活設(shè)計，是其一大優(yōu)點，也是其可以被廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。因此在實驗中，表面等離子體天線被用來收集微波能量，進(jìn)而增強(qiáng)自旋整流光電壓信號，結(jié)果自旋整流光電壓被放大兩個量級以上。雖然相比小于F D T D 計算的自旋整流光電壓可被放大三個量級的結(jié)果，但實驗中得到的兩個量級的放大倍數(shù)足以證明表面等離子體天線的強(qiáng)大能力?；诒砻娴入x子體天線，設(shè)