YIG/金属异质结构中自旋泵浦效应的研究
发布时间：2023-04-04 04:29
自旋流是材料内部自旋角动量的定向输运。它既是自旋电子学中新物理效应出现的核心自由度,又是构建新一代高密度、高速度、低能耗磁性存储与处理器件中实现局域自旋(或磁矩)翻转的核心载体。掌握自旋流的物理特性以及自旋流与材料相互作用的微观机制,已成为理解自旋与电荷和轨道多自由度耦合以及推动纯自旋流应用的关键科学问题。本论文围绕以上关键科学问题,以钇铁石榴石/金属(YIG/NM)异质结构中的自旋泵浦效应为主要研究手段,开展了纯自旋流物理特征、有效自旋混合电导率(表征纯自旋流注入效率)、以及自旋霍尔角(表征自旋流与电荷流转化效率)三个方面的研究。取得的主要创新性结论如下:1、提出了获得纯自旋泵浦信号的方法,并建立了纯自旋流的空间对称性。我们针对FM/NM中可能同时存在自旋整流和自旋泵浦信号的问题,提出了利用YIG/NM体系,实现纯自旋泵浦信号的测量。发现磁化强度在xy、yz、xz平面转动时,自旋泵浦和自旋整流信号的角度依赖关系明显不同。同时,还发现了满足3cosθ角度关系的非均匀自旋泵浦信号。因此,自旋泵浦信号的准确测量需要利用空间对称性排除自旋整流影响,在θ=90o或Hall端进行测量。2、实现了...
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 磁电阻的发展与自旋电子学的建立
1.1.2 自旋电子学的新进展：自旋转移矩
1.1.3 自旋流的研究与自旋电子学发展
1.2 纯自旋流及纯自旋流的产生与探测
1.2.1 纯自旋流
1.2.2 自旋-轨道耦合作用
1.2.3 纯自旋流的产生
1.2.4 纯自旋流的探测
1.3 自旋泵浦效应与本论文的研究内容
第二章 理论与实验基础
2.1 磁化强度动力学理论与铁磁共振(FMR)
2.1.1 磁化强度进动的本征频率
2.1.2 阻尼进动下的m分量形式
2.2 自旋泵浦效应
2.2.1 自旋泵浦效应与自旋流产生
2.2.2 自旋泵浦信号
2.2.3 自旋泵浦效应对磁化强度动力学的影响
2.3 样品薄膜的制备
2.3.1 脉冲激光沉积
2.3.2 磁控溅射
2.4 样品表征
2.4.1 X射线衍射仪
2.4.2 X射线反射率法
2.4.3 振动样品磁强计(VSM)
2.4.4 电子自旋共振(ESR)
2.4.5 自旋泵浦信号电测量系统
第三章 YIG/PT体系中自旋泵浦信号空间对称性研究
3.1 引言
3.2 自旋泵浦信号空间对称性理论
3.2.1 直流外磁场在xy平面内转动
3.2.2 直流外磁场在yz平面内转动
3.2.3 直流外磁场在xz平面内转动
3.3 自旋泵浦信号空间对称性的实验验证
3.3.1 器件制备与基本性质表征
3.3.2 直流外磁场在xy面内时自旋泵浦信号空间对称性的验证
3.3.3 直流外磁场在yz和xz面内时自旋泵浦信号空间对称性的验证
3.4 总结
第四章 YIG/金属体系中非均匀自旋泵浦效应
4.1 引言
4.2 测量位置对自旋泵浦信号的影响
4.3 非均匀自旋泵浦效应的图像
4.4 非均匀自旋泵浦效应的验证
4.5 总结
第五章 自旋霍尔角测量及其机制的研究
5.1 引言
5.1.1 利用自旋泵浦测量自旋霍尔角的方法原理
5.1.2 自旋霍尔角的机制
5.2 自旋霍尔角的测量
5.2.1 样品的制备与表征
5.2.2 自旋扩散长度的测量
5.2.3 有效自旋混合电导率的测量
5.2.4 微波磁场的测量
5.2.5 自旋霍尔角的计算
5.2.6 小结
5.3 自旋霍尔角机制的研究
5.3.1 自旋霍尔角机制的实验方案及样品的制备
5.3.2 自旋霍尔角与自旋轨道耦合作用的对应关系
5.3.3 Pt-Pd合金中自旋霍尔角的微观机理
5.3.4 小结
5.4 总结
第六章 有效自旋混合电导率的机制与调控研究
6.1 引言
6.1.1 有效自旋混合电导率的理论
6.1.2 有效自旋混合电导率的研究进展
6.1.3 有效自旋混合电导率存在的问题
6.2 非线性自旋泵浦效应的研究
6.2.1 样品的制备与动态参数的表征
6.2.2 自旋泵浦的非线性效应结果
6.2.3 非线性自旋泵浦中饱和磁化强度的修正
6.2.4 非线性自旋泵浦效应的结果
6.2.5 小结
6.3 自旋轨道耦合作用对有效自旋混合电导率的调控
6.3.1 实验设计
6.3.2 有效自旋混合电导率随成分的变化
6.3.3 自旋轨道耦合作用调控有效自旋混合电导率的机制
6.3.4 小结
6.4 有效自旋混合电导率的各向异性
6.4.1 样品的制备与表征
6.4.2 自旋混合电导率各向异性的测量
6.4.3 自旋混合电导率各向异性的验证
6.4.4 有效自旋混合电导率各向异性的机制
6.4.5 小结
6.5 总结
第七章 自旋泵浦效应发展的探索研究
7.1 引言
7.1.1 交流自旋流与自旋泵浦效应
7.1.2 多铁材料与自旋泵浦效应
7.2 交流自旋泵浦效应信号的研究
7.2.1 样品的制备与表征
7.2.2 YIG/FeNi中共振峰的色散关系
7.2.3 YIG/FeNi中交流自旋泵浦信号测量与分离
7.2.4 YIG/FeNi中交流自旋泵浦信号的验证
7.2.5 小结
7.3 电场调控磁各向异性场的研究
7.3.1 样品的制备与表征
7.3.2 电场调控各向异性场的测量
7.3.3 电场调控磁各向异性场的机制
7.3.4 电场对共振线宽的调控
7.3.5 小结
7.4 总结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
在学期间发表的论文
一、发表论文
二、主持项目
致谢
本文编号：3781785
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 磁电阻的发展与自旋电子学的建立
1.1.2 自旋电子学的新进展：自旋转移矩
1.1.3 自旋流的研究与自旋电子学发展
1.2 纯自旋流及纯自旋流的产生与探测
1.2.1 纯自旋流
1.2.2 自旋-轨道耦合作用
1.2.3 纯自旋流的产生
1.2.4 纯自旋流的探测
1.3 自旋泵浦效应与本论文的研究内容
第二章 理论与实验基础
2.1 磁化强度动力学理论与铁磁共振(FMR)
2.1.1 磁化强度进动的本征频率
2.1.2 阻尼进动下的m分量形式
2.2 自旋泵浦效应
2.2.1 自旋泵浦效应与自旋流产生
2.2.2 自旋泵浦信号
2.2.3 自旋泵浦效应对磁化强度动力学的影响
2.3 样品薄膜的制备
2.3.1 脉冲激光沉积
2.3.2 磁控溅射
2.4 样品表征
2.4.1 X射线衍射仪
2.4.2 X射线反射率法
2.4.3 振动样品磁强计(VSM)
2.4.4 电子自旋共振(ESR)
2.4.5 自旋泵浦信号电测量系统
第三章 YIG/PT体系中自旋泵浦信号空间对称性研究
3.1 引言
3.2 自旋泵浦信号空间对称性理论
3.2.1 直流外磁场在xy平面内转动
3.2.2 直流外磁场在yz平面内转动
3.2.3 直流外磁场在xz平面内转动
3.3 自旋泵浦信号空间对称性的实验验证
3.3.1 器件制备与基本性质表征
3.3.2 直流外磁场在xy面内时自旋泵浦信号空间对称性的验证
3.3.3 直流外磁场在yz和xz面内时自旋泵浦信号空间对称性的验证
3.4 总结
第四章 YIG/金属体系中非均匀自旋泵浦效应
4.1 引言
4.2 测量位置对自旋泵浦信号的影响
4.3 非均匀自旋泵浦效应的图像
4.4 非均匀自旋泵浦效应的验证
4.5 总结
第五章 自旋霍尔角测量及其机制的研究
5.1 引言
5.1.1 利用自旋泵浦测量自旋霍尔角的方法原理
5.1.2 自旋霍尔角的机制
5.2 自旋霍尔角的测量
5.2.1 样品的制备与表征
5.2.2 自旋扩散长度的测量
5.2.3 有效自旋混合电导率的测量
5.2.4 微波磁场的测量
5.2.5 自旋霍尔角的计算
5.2.6 小结
5.3 自旋霍尔角机制的研究
5.3.1 自旋霍尔角机制的实验方案及样品的制备
5.3.2 自旋霍尔角与自旋轨道耦合作用的对应关系
5.3.3 Pt-Pd合金中自旋霍尔角的微观机理
5.3.4 小结
5.4 总结
第六章 有效自旋混合电导率的机制与调控研究
6.1 引言
6.1.1 有效自旋混合电导率的理论
6.1.2 有效自旋混合电导率的研究进展
6.1.3 有效自旋混合电导率存在的问题
6.2 非线性自旋泵浦效应的研究
6.2.1 样品的制备与动态参数的表征
6.2.2 自旋泵浦的非线性效应结果
6.2.3 非线性自旋泵浦中饱和磁化强度的修正
6.2.4 非线性自旋泵浦效应的结果
6.2.5 小结
6.3 自旋轨道耦合作用对有效自旋混合电导率的调控
6.3.1 实验设计
6.3.2 有效自旋混合电导率随成分的变化
6.3.3 自旋轨道耦合作用调控有效自旋混合电导率的机制
6.3.4 小结
6.4 有效自旋混合电导率的各向异性
6.4.1 样品的制备与表征
6.4.2 自旋混合电导率各向异性的测量
6.4.3 自旋混合电导率各向异性的验证
6.4.4 有效自旋混合电导率各向异性的机制
6.4.5 小结
6.5 总结
第七章 自旋泵浦效应发展的探索研究
7.1 引言
7.1.1 交流自旋流与自旋泵浦效应
7.1.2 多铁材料与自旋泵浦效应
7.2 交流自旋泵浦效应信号的研究
7.2.1 样品的制备与表征
7.2.2 YIG/FeNi中共振峰的色散关系
7.2.3 YIG/FeNi中交流自旋泵浦信号测量与分离
7.2.4 YIG/FeNi中交流自旋泵浦信号的验证
7.2.5 小结
7.3 电场调控磁各向异性场的研究
7.3.1 样品的制备与表征
7.3.2 电场调控各向异性场的测量
7.3.3 电场调控磁各向异性场的机制
7.3.4 电场对共振线宽的调控
7.3.5 小结
7.4 总结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
在学期间发表的论文
一、发表论文
二、主持项目
致谢
本文编号：3781785
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