發(fā)布時(shí)間：2020-10-18 17:39

　　 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,磁存儲(chǔ)的存儲(chǔ)密度和存儲(chǔ)信息的讀寫(xiě)速度極限不斷被突破,而作為磁存儲(chǔ)最常用的儲(chǔ)存介質(zhì),磁性薄膜得到越來(lái)越多研究者的關(guān)注。新型納米磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)被預(yù)為“理想的存儲(chǔ)”,選取最適合MRAM應(yīng)用的磁性薄膜成為發(fā)展高密度、低功耗和高穩(wěn)定性存儲(chǔ)器件的關(guān)鍵。當(dāng)前大量研究工作關(guān)注于如何提升基于自旋轉(zhuǎn)移力矩(Spin Transfer Torques,STT)的MRAM的性能,其中一項(xiàng)重要的研究方向是通過(guò)減小磁性薄膜材料的阻尼系數(shù)來(lái)減小STT-MRAM的臨界翻轉(zhuǎn)電流J_c�；跁r(shí)間分辨的磁光克爾效應(yīng)(TR-MOKE)是研究超快自旋動(dòng)力學(xué)的重要手段之一,通過(guò)分析超快動(dòng)力學(xué)的進(jìn)動(dòng)過(guò)程來(lái)探討阻尼系數(shù)的影響因素。本論文著重針對(duì)兩種復(fù)雜磁性薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行超快自旋動(dòng)力學(xué)研究,從多方面探究阻尼系數(shù)與垂直各向異性,樣品成分和溫度的依賴關(guān)系。主要結(jié)果包括以下幾個(gè)方面:一、[Pt/Co]_3/MnIr多層膜結(jié)構(gòu)交換偏置大小的調(diào)控和超快自旋動(dòng)力學(xué)研究。通過(guò)改變非磁性層Pt、磁性層Co以及反鐵磁層MnIr的厚度,有效地調(diào)控體系的交換偏置場(chǎng)大小;利用TR-MOKE技術(shù)對(duì)系列樣品進(jìn)行超快自旋動(dòng)力學(xué)過(guò)程的研究,研究發(fā)現(xiàn):泵浦激光能量能顯著影響樣品的垂直磁各向異性和有效阻尼因子。此外,通過(guò)改變Pt層和Co層厚度,發(fā)現(xiàn)Pt厚度為0.5到1.5 nm,Co厚度為0.8到2.4 nm的變化范圍內(nèi)時(shí),飽和阻尼因子隨垂直各向異性的增大而增大。盡管交換偏置的大小與進(jìn)動(dòng)阻尼并沒(méi)有直接的聯(lián)系,但我們唯象的認(rèn)為交換偏置不利于阻尼因子的減小。二、稀土-過(guò)渡金屬組成的非晶薄膜TbFeCo超快自旋動(dòng)力學(xué)研究。當(dāng)Tb含量從10%到33%變化時(shí),超快退磁幅度隨Tb含量增大而增大。證明了在富Fe Co樣品中時(shí)間尺度為幾十皮秒的克爾信號(hào)的減小是進(jìn)動(dòng)過(guò)程,由于Tb阻尼因子很大導(dǎo)致進(jìn)動(dòng)很快耗散。通過(guò)進(jìn)一步的減小Tb的含量到6%,我們觀察到更多周期的振蕩,表明樣品的阻尼與Tb的含量有直接依賴關(guān)系。最后,通過(guò)800 nm和400 nm兩種不同波長(zhǎng)的探測(cè)光,實(shí)現(xiàn)了同時(shí)探測(cè)FeCo和Tb單一亞晶格超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程,對(duì)比發(fā)現(xiàn)Tb的退磁比Fe Co慢(晚)200 fs以上,且FeCo磁矩進(jìn)入弛豫恢復(fù)過(guò)程后Tb仍然在退磁。三、溫度和電場(chǎng)對(duì)TbFeCo磁性質(zhì)的調(diào)控。通過(guò)對(duì)富Fe Co的TbFe Co樣品分別進(jìn)行降溫和加溫實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)其阻尼因子強(qiáng)烈依賴于測(cè)量溫度。在高溫情況下,我們觀察到多個(gè)周期明顯的振蕩,表明高溫能破壞Tb與Fe Co之間的耦合。通過(guò)測(cè)量不同溫度不同磁場(chǎng)下的動(dòng)力學(xué)曲線,探究進(jìn)動(dòng)幅度與外磁場(chǎng)的關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)外磁場(chǎng)與垂直各向異性場(chǎng)相等時(shí),進(jìn)動(dòng)幅度取得極大值(外磁場(chǎng)平行于膜面)并利用兩種不同的進(jìn)動(dòng)模式來(lái)合理解釋正負(fù)磁場(chǎng)下進(jìn)動(dòng)頻率的相反變化和相位偏移。此外,采用鐵電材料PMN-PT和具有磁致伸縮效應(yīng)的TbFeCo制備鐵電/鐵磁(FE/FM)復(fù)合結(jié)構(gòu),通過(guò)電場(chǎng)來(lái)調(diào)控TbFeCo薄膜的磁性質(zhì),探究發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)能影響TbFeCo的垂直磁各向異性。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文的電阻被改變，分別對(duì)應(yīng)于穩(wěn)定的平行和反平行方向的結(jié)電阻，即定義了二進(jìn)制存儲(chǔ)器的狀態(tài)。2006 年 7 月，飛思卡爾公司開(kāi)始銷售第一個(gè) 4 Mb 的商業(yè) MRAM 芯片，一年后東芝和 NEC 公司宣布擁有 16 Mb，34 ns 讀寫(xiě)周期的 MRAM 芯片[4]。顯然，有了合適的新技術(shù)概念的引入，大幅度提高數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)速度變得只是時(shí)間問(wèn)題。

正如本文所展示的那樣，它的數(shù)據(jù)處理潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其簡(jiǎn)單加熱的功能。隨著秒激光的應(yīng)用，超快磁動(dòng)力學(xué)成為推動(dòng)磁科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最熱門(mén)的研究領(lǐng)域。在究中，超快光學(xué)操控已經(jīng)成為磁場(chǎng)脈沖的真正替代者，而飛秒激光操控亞皮秒量化翻轉(zhuǎn)使得磁存儲(chǔ)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。.2 磁動(dòng)力學(xué).2.1 不同磁動(dòng)力學(xué)過(guò)程的特征時(shí)間首先，我們有必要先了解磁動(dòng)力學(xué)過(guò)程中會(huì)發(fā)生哪些物理過(guò)程以及它們所對(duì)應(yīng)尺度，圖 1.2 展示了在特征時(shí)間尺度上發(fā)生的不同磁動(dòng)力學(xué)過(guò)程[6]。該時(shí)間尺度海森堡方程 中的相互作用能 來(lái)決定。

時(shí)間尺度從幾 ns 到幾百微秒（μs）。.2 激光激發(fā)超快磁動(dòng)力學(xué)當(dāng)超短激光脈沖與磁有序的鐵磁材料相互作用時(shí)會(huì)發(fā)生什么？這個(gè)問(wèn)題吸引研究者來(lái)進(jìn)行探究。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，在 1996 年，Beaurepaire 等[7]報(bào)道了一篇工作。他們發(fā)現(xiàn) Ni薄膜被 60 fs的激光脈沖激發(fā)后，發(fā)生了亞皮秒量級(jí)的退磁過(guò)出三溫度模型（3T-model）來(lái)解釋。之后，雖然這一退磁過(guò)程已經(jīng)被其他鐵磁屬（Fe，Co）及其合金所證實(shí)[8]，但關(guān)鍵問(wèn)題是系統(tǒng)的磁矩為何可以如此迅速quenching），而它的總角動(dòng)量卻保持守恒。在激光激發(fā)之前，同向排列電子的角動(dòng)量；激光激發(fā)后，角動(dòng)量會(huì)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)自由度，如電子或晶格，來(lái)補(bǔ)償損失[9]。圖 1.3 給出了鐵磁材料被超短激光脈沖激發(fā)時(shí)能夠觀察到的一系列現(xiàn)我們通過(guò)在不同自由度之間的角動(dòng)量轉(zhuǎn)移機(jī)制來(lái)進(jìn)行討論。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2846601