本文選題：半金屬 + 磁化動(dòng)力學(xué)　； 參考：《東南大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著集成電子器件的尺寸進(jìn)入10納米量級,能耗與集成度的矛盾愈顯凸出,而電子的自旋屬性開啟了承載信息的全新模式,其低功耗、高速和量子化特性將迎來后微電子時(shí)代電子信息器件的全新變革。其中,對自旋動(dòng)力學(xué)和自旋輸運(yùn)進(jìn)行調(diào)控是實(shí)現(xiàn)全自旋流功能器件和自旋微波器件的根本性技術(shù)途徑。無論是鐵磁/半導(dǎo)體自旋極化的注入還是鐵磁/重金屬的自旋霍爾效應(yīng)或者自旋泵浦效應(yīng),界面對它們的自旋動(dòng)力學(xué)和自旋輸運(yùn)都起著舉足輕重的作用。本文以界面調(diào)控磁性/非磁異質(zhì)結(jié)的自旋相關(guān)的磁性和輸運(yùn)特性為主要研究內(nèi)容,首先對半金屬的ZnxFe3-xO4/Si異質(zhì)結(jié)的局域磁性和磁化進(jìn)動(dòng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,同時(shí)也對其電學(xué)和自旋相關(guān)的輸運(yùn)特性進(jìn)行了研究。其次,我們提出了用具有大的自旋-軌道耦合作用的稀土元素Tb作為插入層或作為磁性層的摻雜劑調(diào)節(jié)Py/Pt的界面,圍繞著界面對Py/Pt的自旋軌道力矩的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。最后,研究了不同非磁金屬層對納米厚度CoFeB/NM雙層薄膜和CoFeB/NM/CoFeB三明治結(jié)構(gòu)薄膜的自旋動(dòng)力學(xué)特性的影響,建立了共線系統(tǒng)的磁化進(jìn)動(dòng)模型,研究了它們的自旋泵浦效應(yīng)。主要研究工作如下:一、利用Zn摻雜Fe3O4在保持其半金屬特性基礎(chǔ)上調(diào)控它的磁性和電學(xué)特性,既可以使其磁性和電學(xué)性質(zhì)和半導(dǎo)體匹配,又能夠避免加入絕緣的勢壘層導(dǎo)致的界面自旋散射。我們利用低濃度的Zn摻雜Fe3O4,形成ZnxFe3-xO4/Si異質(zhì)結(jié),揭示了其(111)高取向的生長結(jié)構(gòu),定義了其取向磁各向異性并確定了其數(shù)值。利用X-射線磁性圓二色(XMCD)對薄膜的自旋磁矩和軌道磁矩的研究,表明薄膜的磁性和Zn2+離子的占位有很大的關(guān)聯(lián),Zn摻雜對Fe3O4實(shí)現(xiàn)了軌道和自旋磁矩比值的調(diào)控。這個(gè)結(jié)論得到了角度依賴的鐵磁共振測量的支持,ZnxFe3-xO4薄膜的磁化阻尼因子隨著Zn含量增加而變化。另外,我們發(fā)現(xiàn)ZnxFe3-xO4/Si異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出肖特基接觸,肖特基勢壘隨Zn離子含量增加而增加,這為ZnxFe3-xO4的極化自旋流注入半導(dǎo)體Si提供了可能。二、隨著自旋軌道耦合在自旋電子學(xué)中研究的逐漸深入,越來越多的研究表明自旋軌道力矩是一個(gè)非常有效的操控自旋動(dòng)力學(xué)特性的新途徑。我們利用二階的平面霍爾效應(yīng)的方法研究了 Py/Tb(d)/Pt薄膜中稀土 Tb插入層對對其自旋軌-道力矩的影響。研究結(jié)果表明隨自旋軌道耦合作用強(qiáng)的稀土元素Tb界面層厚度的增加,Py/Tb(d)/Pt薄膜的自旋-軌道場逐漸減小,這說明Tb界面層減弱了 Pt層產(chǎn)生的自旋流對鐵磁層Py的作用。此外,我們提出利用Tb摻雜Py系統(tǒng)地調(diào)控Py1-xTbx磁性和費(fèi)米面能帶結(jié)構(gòu),進(jìn)而可控調(diào)節(jié)Pyi-xTbx/Pt的界面,研究發(fā)現(xiàn)Tb摻雜可以明顯增大薄膜的自旋軌-道場。我們的實(shí)驗(yàn)不僅對界面對自旋-軌道力矩的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,同時(shí)也有助于稀土元素在自旋軌道耦合相關(guān)的研究中發(fā)揮更大的作用。三、磁性/非磁異質(zhì)結(jié)的自旋泵浦效應(yīng)是一個(gè)非局域化過程,其自旋動(dòng)力學(xué)除了與磁性薄膜和非磁薄膜的內(nèi)稟特性有關(guān),界面的貢獻(xiàn)也十分突出。我們詳細(xì)討論了在CoFeB/NM(Pt、W、Ta和Cu)異質(zhì)結(jié)體系中由于自旋泵浦效應(yīng)產(chǎn)生自旋流誘導(dǎo)的阻尼因子增強(qiáng)效應(yīng),得到了非磁金屬對雙層薄膜界面自旋泵浦效應(yīng)貢獻(xiàn),并確定了 Pt、W、Ta、Cu非磁金屬的自旋散射長度及它們與CoFeB界面的自旋混合電導(dǎo)。另外,我們研究了共線的CoFeB/NM/CoFeB三明治薄膜結(jié)構(gòu)的磁化阻尼,發(fā)現(xiàn)額外引入的界面增大自旋回流的幾率,實(shí)際作用上相對于增大NM層的自旋擴(kuò)散長度�；诮缑孀孕闷�-自旋流理論建立了共線體系"NM/FM/NM"結(jié)構(gòu)的自旋動(dòng)力學(xué)模型,我們提出了有效自旋擴(kuò)散長度的概念。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O484

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本文編號(hào)：1759578