傳統(tǒng)的CMOS器件工藝在歷經(jīng)幾十年的發(fā)展后,現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了瓶頸期,低能耗與高集成度的矛盾限制了CMOS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。而自旋波因其本身在磁性絕緣體材料的傳播過(guò)程中沒有焦耳熱以及納米尺度的波長(zhǎng)范圍等優(yōu)良特性,在信息傳輸和數(shù)據(jù)處理等方面被給予了厚望。和電磁波類似,要引導(dǎo)自旋波的傳播必須要有一個(gè)相應(yīng)的磁結(jié)構(gòu),即自旋波波導(dǎo)。目前來(lái)看,用磁疇壁當(dāng)作自旋波的波導(dǎo)是一個(gè)比較好的選擇,其原因有下面兩點(diǎn):（1）磁疇壁相當(dāng)于一個(gè)勢(shì)阱,在頻率合適的時(shí)候,自旋波會(huì)被束縛在里面?zhèn)鞑?能耗較低;（2）磁疇壁僅需一個(gè)很小的外磁場(chǎng)就可以被移動(dòng),這個(gè)特性使得自旋波的操控更加方便。目前實(shí)驗(yàn)上對(duì)自旋波進(jìn)行探測(cè)應(yīng)用比較多的就是布里淵光散射技術(shù)（BLS）,但是這項(xiàng)技術(shù)也存在著一些缺陷,BLS基于精密的光學(xué)儀器,成本較高且占地面積很大,無(wú)法在磁疇壁外面探測(cè)磁疇壁里面自旋波的信息。而本文主要針對(duì)在磁疇壁中傳播的自旋波,提出了一種對(duì)其頻率和波矢進(jìn)行探測(cè)的新方法。本文所要講述的工作主要總的來(lái)說(shuō)包含了下面的兩個(gè)方向:一是通過(guò)理論計(jì)算自旋波之間three-magnon的非線性效應(yīng);二是通過(guò)微磁學(xué)模擬對(duì)我們提出的理論方案進(jìn)行仿真與驗(yàn)證。論... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

磁振子學(xué)的概念圖

榴石做的自旋波波導(dǎo)，下層是基底用來(lái)通電流當(dāng)作輸入。Scheneider 發(fā)現(xiàn)自旋波的相位與電流強(qiáng)度成正比[40]，所以他們選取一個(gè)與不加電流時(shí)自旋波相位差為π的電流當(dāng)作輸入。如圖 1-2(c)所示，如果兩個(gè)輸入端同時(shí)處于關(guān)閉或者開啟狀態(tài)，即兩個(gè)輸入端的邏輯態(tài)為‘0’和‘0’或‘1’和‘1’，這時(shí)候，上下兩個(gè)條帶中自旋波的相位差為 0，兩個(gè)自旋波會(huì)發(fā)生相干干涉，最后輸出的自旋波幅度較大，即邏輯‘1’；如果一個(gè)輸入端處于開啟狀態(tài)，一個(gè)輸入端處于關(guān)閉狀態(tài)，即兩個(gè)輸入端的邏輯態(tài)為‘1’和‘0’，這時(shí)候，上下兩個(gè)條帶中自旋波的相位差為π，發(fā)生相消干涉，最后輸出的自旋波幅度較小，即邏輯‘0’。就在同一年，Lee 等人[41]提出了一種納米尺度新型邏輯門器件，如圖 1-2(b)所示，其中黃色部分是坡莫合金用來(lái)做自旋波波導(dǎo)，中間部分是一個(gè)導(dǎo)體用來(lái)通電流當(dāng)作輸入，他們用微磁模擬的方法驗(yàn)證了非門的邏輯，如圖 1-2(d)所示，在中間導(dǎo)體不通入電流的時(shí)候，即輸入是邏輯‘0’，這時(shí)候上下兩個(gè)分支里面的自旋波仍然是同相位的，輸出的邏輯態(tài)為‘1’； 在中間導(dǎo)體通入大小為2×1011A/m2電流的時(shí)候，即輸入是邏輯‘1’，這時(shí)候上下兩個(gè)分支里面的自旋波的相位是相反的，輸出的邏輯態(tài)為‘0’。其他的邏輯，譬如或非門和與非門也被 Lee 等人用微磁學(xué)模擬進(jìn)行了驗(yàn)證[41]。

用微磁學(xué)模擬的方法驗(yàn)證了他們的想法，并沒有實(shí)驗(yàn)上的論證。在 2014 年，Vogt等人[42]在實(shí)驗(yàn)上構(gòu)建了一個(gè)的 Y 型的樣品，實(shí)現(xiàn)了在納米尺度對(duì)自旋波的操控。如圖 1-3(a)所示，Y 型結(jié)構(gòu)的最上層是厚度為30nm，寬度為2μm的坡莫合金(Py)用來(lái)當(dāng)作自旋波的波導(dǎo)；最下層是厚度為50nm，寬度為3μm的金(Au)，用來(lái)控制電流從最下層的金流向 Y 型結(jié)構(gòu)的左邊或者右邊；同時(shí)為了防止電流直接流向磁性層，這里在坡莫合金和金中間加了一層50nm厚氧化鎂(MgO)當(dāng)作絕緣體；在 Y 型區(qū)域下方利用微波天線來(lái)產(chǎn)生自旋波。Vogt 等人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一個(gè)面內(nèi)磁化的薄膜來(lái)說(shuō)，當(dāng)自旋波的波矢與平面內(nèi)的磁矩方向垂直的時(shí)候，自旋波的速度最大，即自旋波更傾向于沿著與磁矩垂直的方向傳播[42]。當(dāng)不通入電流的時(shí)候，Y 型結(jié)構(gòu)里面磁矩是沿著波導(dǎo)的方向分布的，而當(dāng)我們給下面和左邊分支或者右邊分支通入電流的話，電流所產(chǎn)生的奧斯特場(chǎng)就會(huì)改變局部的磁矩分布，使其垂直于波導(dǎo)的方向，這樣自旋波就會(huì)更傾向于沿著左邊或者右邊分支進(jìn)行傳播，如圖 1-3(c)和(d)所示。而當(dāng)關(guān)閉電流，只加一個(gè)橫向的磁場(chǎng)的時(shí)候，Y 型結(jié)構(gòu)里面的磁矩就會(huì)橫向分布，這樣只有下面的小部分是與自旋波的波矢垂直的，因此，自旋波的傳播就會(huì)在 Y 型結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)處被抑制。


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