【摘要】：釔鐵石榴石(YIG)薄膜是自旋波長距離傳播的理想載體,它決定了自旋波傳播的屬性。已經(jīng)有很多關(guān)于YIG薄膜在室溫下的磁化動力學(xué)研究報道。然而,對摻稀土的YIG薄膜在低溫下的磁化動力學(xué)及自旋波特性研究相對較少,且稀土取代的YIG薄膜通常具有新穎的磁化動力學(xué)特性,因此本研究是十分有意義的。本文主要研究了摻稀土工藝制備的YIG薄膜和磁控濺射制備的異質(zhì)結(jié)體系在變溫與室溫下的磁化動力學(xué)改性,并結(jié)合YIG薄膜的優(yōu)點設(shè)計和制作出結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈敏度高的磁振子傳感器。主要工作如下:第一部分,對采用液相外延工藝制備鑭(La)取代的YIG單晶薄膜在變溫下的磁化動力學(xué)特性進行了系統(tǒng)研究。首先,使用液相外延工藝在釓鎵石榴石(Gd_3Ga_5O_(12))襯底上生長摻鑭的釔鐵石榴石(La:YIG)單晶薄膜。然后,在不同溫度(55-300K)下測量La:YIG薄膜的鐵磁共振(FMR)譜。實驗表明:隨著溫度的升高,La:YIG薄膜的自旋波模式增多,這說明聲子可以產(chǎn)生額外的自旋波模式;當(dāng)溫度從55K增加到300K時,La:YIG薄膜的鐵磁共振線寬((35)H)發(fā)生了顯著變化;低溫下(35)H(T)的非線性行為表明鑭是緩慢弛豫元素;La:YIG薄膜的吉爾伯特阻尼因子源自磁振子-磁振子和磁振子-聲子的散射,這可以用于構(gòu)建聲子調(diào)諧的自旋波器件。第二部分,是采用磁控濺射稀土鏑(Dy)對YIG薄膜進行異質(zhì)結(jié)的改性,并研究YIG/Dy異質(zhì)結(jié)體系在室溫下的磁化動力學(xué)特性。文中先采用直流磁控濺射技術(shù)在純YIG基片上生長厚度分別為10nm、20nm、40nm、60nm的四組稀土鏑層,形成四組不同Dy厚度的異質(zhì)結(jié)。實驗證明,相對純YIG薄膜而言,YIG/Dy異質(zhì)結(jié)的磁化動力學(xué)性能的改性很明顯。隨著Dy層厚度的增加,YIG/Dy體系的鐵磁共振線寬增加,吉爾伯特阻尼因子增大,磁光克爾信號增強,且具有對自旋波幅度放大的作用。第三部分,設(shè)計并制作出基于YIG薄膜的磁振子傳感器件。首先,通過Proe、HFSS軟件分別設(shè)計出夾具和微帶天線;其次,對尺寸為10×10mm~2的YIG薄膜進行光刻、刻蝕,得到傳感器的核心部件。最后,利用加工出的自旋波傳感器,找出幅值、頻移與濃度和濕度之間的關(guān)系。實現(xiàn)了對四氧化三鐵納米顆粒溶液濃度和環(huán)境濕度的有效檢測。證明本研究實現(xiàn)的自旋波傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈敏度高的特點,可應(yīng)用于磁性納米顆粒濃度和環(huán)境濕度的傳感和檢測。
【圖文】：

圖 2-1 磁化強度 M 圍繞有效磁場effH 進動的示意圖料置于一個足夠大的外磁場環(huán)境中，由于其內(nèi)部存有效磁場effH 。隨著有效磁場 的增大, 磁化強至與其平行。此時，如果外界給 M 增加一個微擾的方向，系統(tǒng)會出現(xiàn)一個新的力來維持 M 與 ifshitz-Gilbert 方程正是上述外磁場中磁矩繞有效磁。從半經(jīng)典物理角度分析，磁矩動量 與有效磁場eff = 和角動量L 有如下關(guān)系：=g L L為旋磁比。牛頓經(jīng)典動力學(xué)方程可知： d聯(lián)，得到如下等式：

第二章 鐵磁共振及自旋波的相關(guān)理論2 2 2Im{ }( Z) ，實部和虛部均與阻尼系數(shù) 有關(guān)。分析可知，當(dāng) )時，，此時曲線符合 Lorentz 形式，將 Lorentz 曲高寬（FWHM）定義為S Z H / M 2 ，其中0，其定義為在外加微波頻率一定的情況下，張量磁化值時，相應(yīng)的兩個外加磁場的差，如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TB383.2

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本文編號：2683672