【摘要】：自旋塞貝克效應(yīng)指處在溫度梯度中的鐵磁體會(huì)誘導(dǎo)形成自旋電壓,一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就成為自旋電子學(xué)領(lǐng)域中最受人們關(guān)注焦點(diǎn)之一。然而鐵磁導(dǎo)體中的自旋塞貝克效應(yīng)的具體大小仍然存在爭(zhēng)議,另外人們對(duì)自旋塞貝克效應(yīng)和自旋霍爾磁電阻性研究幾乎沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道,這些問(wèn)題對(duì)于自旋塞貝克效應(yīng)和自旋霍爾磁電阻的研究具有重大意義和研究?jī)r(jià)值。本文研究了Pt/Py(Pt/Ni81Fe19)結(jié)構(gòu)中的自旋塞貝克效應(yīng),接著在Pt/YIG(Pt/Y3Fe5O12)結(jié)構(gòu)中測(cè)量了由焦耳熱誘導(dǎo)共存的自旋塞貝克效應(yīng)和自旋霍爾磁電阻。首先,本文利用自旋擴(kuò)散方程詳細(xì)分析了Pt/Py結(jié)構(gòu)中自旋塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生的自旋電壓的分布情況,從理論上得出其逆自旋霍爾電壓大小隨Py厚度的變化規(guī)律為:Py厚度越厚,其逆自旋霍爾電壓越大,然后趨于定值。同時(shí),考慮了該結(jié)構(gòu)的短路效應(yīng),通過(guò)有限元數(shù)值分析方法模擬分析了各個(gè)樣品短路效應(yīng)的具體大小。得知,Py厚度越厚,Pt上的逆自旋霍爾電壓受到Py的短路越明顯。綜合考慮這兩者因素,制備了不同Py厚度的樣品,實(shí)驗(yàn)上排除了反常能斯特效應(yīng)和平面能斯特效應(yīng),測(cè)量并計(jì)算了Pt/Py結(jié)構(gòu)真實(shí)逆自旋霍爾電壓的大小,結(jié)合理論反推得到了Py的自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度為18nm,為鐵磁體中自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度的測(cè)量提供了新的方法。然后,本文詳細(xì)研究了在Pt/YIG結(jié)構(gòu)中的由焦耳熱誘導(dǎo)共存的自旋塞貝克效應(yīng)和自旋霍爾磁電阻。我們?cè)O(shè)計(jì)了電流自加熱實(shí)驗(yàn)裝置,測(cè)量了不同Pt厚度的Pt/YIG結(jié)構(gòu)的逆自旋霍爾電壓和自旋霍爾磁電阻,利用這兩者對(duì)電流奇偶依賴關(guān)系不同,分離了逆自旋霍爾電壓和自旋霍爾磁電阻,并研究了這兩者與磁場(chǎng)和電流夾角θ的關(guān)系。利用Pt/Cu/YIG結(jié)構(gòu)排除Pt被YIG的磁化影響,確定了該磁阻是自旋霍爾磁電阻。研究發(fā)現(xiàn):Pt越薄,逆自旋霍爾電壓和自旋霍爾磁電阻越大;自旋塞貝克效應(yīng)是關(guān)于角度θ的cos?關(guān)系,而自旋霍爾磁電阻是關(guān)于角度θ的sin2θ關(guān)系。為了明確自旋塞貝克效應(yīng)和自旋霍爾磁電阻之間的聯(lián)系,著重計(jì)算了各自自旋流與電流的關(guān)系:自旋塞貝克效應(yīng)的自旋流是電流的二次關(guān)系,與溫度有關(guān);而自旋霍爾磁電阻的自旋流是電流的一次關(guān)系,與直流電流在界面處的自旋轉(zhuǎn)移矩有關(guān)。通過(guò)以上結(jié)果和分析,自旋塞貝克效應(yīng)和自旋霍爾磁電阻能夠共存于同一結(jié)構(gòu)中而不相互影響,這可能是因?yàn)樽孕惪诵?yīng)產(chǎn)生的自旋流極化方向與自旋霍爾磁電阻產(chǎn)生自旋流的極化方向垂直。
【圖文】：

MR∽11.3% ， 4.2K 時(shí) 達(dá) 42.7% ， 巨 磁 阻 MR 的 數(shù) 學(xué) 定 義 一 般 為 ：MR ( ( 0) (H)) (0)。圖1-2 巨磁阻效應(yīng)簡(jiǎn)明物理模型圖Figure1-2 Simple physical principles of Giant Magneto-resistance巨磁阻效應(yīng)可以利用自旋相關(guān)散射的雙電流模型來(lái)說(shuō)明，其中比較簡(jiǎn)化的物理圖像是等效電阻模型。如圖1-2所示，金屬多層膜巨磁電阻效應(yīng)，其中的薄膜厚度一般都遠(yuǎn)小于電子自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度，藍(lán)色為鐵磁性薄膜，，黃色為非鐵磁性薄膜，磁性薄膜中的箭頭表示磁化方向。當(dāng)鐵磁薄膜中的磁化方向相同時(shí)，即為平行結(jié)構(gòu)。電子通過(guò)此結(jié)構(gòu)時(shí)，如果電子的自旋方向與磁化方向相同，電子能夠較容易穿過(guò)，呈現(xiàn)出低電阻態(tài)R ；如果電子的自旋方向與磁化方向相反，電子受到鐵磁性薄膜的自旋散射不易通過(guò)

武漢理工大學(xué)碩士論文9平行膜面，如圖1-3(a)所示。接著，自旋流會(huì)在膜面處反射回膜內(nèi)，如圖1-3(b)所示。鄰近Pt薄膜的表面，這種反射會(huì)造成非平衡的自旋累積和自旋擴(kuò)散，如圖1-3(f)所示。這樣由自旋霍爾效應(yīng)和逆自旋霍爾效應(yīng)共同作用的結(jié)果，Pt中會(huì)有額外的同原始電流方向相同的電流，這種額外的電流在具有強(qiáng)自旋軌道耦合的薄膜材料中是不可避免的，并且其產(chǎn)生跟自旋有關(guān)，如圖1-3(c)所示。但是，當(dāng)Pt表面還有一層鐵磁絕緣體（YIG）時(shí)，此時(shí)的情況將完全不同。YIG的磁化強(qiáng)度M和Pt中傳導(dǎo)電子自旋極化 會(huì)有角動(dòng)量的相互交換
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.2;TM271

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2518731