磁斯格明子作為一種特殊的拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu),由于其可以被自旋極化電流操控,并具備在超低電流密度下實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)泉?dú)特優(yōu)勢,有望成為下一代自旋電子學(xué)器件的載體。產(chǎn)生斯格明子的根本物理作用是Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）。與海森堡交換作用不同,DMI讓相鄰自旋趨于具有手性選擇的傾斜排布,從而可以形成斯格明子等拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)。因此,尋找一種有效的研究方法實(shí)現(xiàn)DMI的調(diào)制就成為了亟待解決的問題。我們利用了界面DMI對(duì)界面波矢選擇的靜磁表面自旋波（MSSW）本征頻率的影響,通過布里淵光散射（BLS）對(duì)磁性薄膜中的靜磁表面波色散關(guān)系進(jìn)行表征,實(shí)現(xiàn)了DMI的定量測試。結(jié)果表明,對(duì)于Pt/Co薄膜,襯底和非5d重金屬緩沖層均可實(shí)現(xiàn)對(duì)界面DMI的調(diào)制。得到的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:1.在不具有5d重金屬界面的FeNi薄膜中,利用BLS研究了不同襯底對(duì)FeNi薄膜的MSSW本征頻率的影響,Stokes/anti-Stokes（S/AS）峰強(qiáng)比與外磁場、自旋波波矢以及襯底的介電常數(shù)的依賴關(guān)系。發(fā)現(xiàn)S/AS峰強(qiáng)比隨著面內(nèi)磁場的減小和波矢量的增加而增加,同時(shí),峰強(qiáng)比與襯底的介電常數(shù)成正相關(guān)的關(guān)系。并未在... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

(a)拓?fù)鋺B(tài)的Skyrmion球，(b)Néel型Skyrmion的二維投影，(c)Bloch型Skyrmion的二維投影

蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文界面調(diào)制Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的布里淵光散射研究6要考慮強(qiáng)自旋軌道耦合以外，還需要考慮3d過渡金屬與5d重金屬的自旋極化率和能帶填充情況，一般認(rèn)為非占據(jù)態(tài)的電子自旋更容易參與貢獻(xiàn)DMI[9,51]。圖1-2Fert-Levy模型中的鐵磁/重金屬的DMI的三點(diǎn)相互作用原理圖，其中灰色的上層代表鐵磁層，藍(lán)色的下層代表重金屬層[16]。1.3.2Rashba型DMI另一種模型是由Rashba于1960年提出[52]的，由于氧化物/鐵磁體系或者石墨烯/鐵磁異質(zhì)結(jié)界面通常不存在強(qiáng)自旋軌道耦合，但是仍能觀察到DMI現(xiàn)象，Rashba型DMI就被用于解釋這類異質(zhì)結(jié)體系界面DMI的起源[53-62]，一般認(rèn)為異質(zhì)結(jié)界面處電子態(tài)的雜化使得空間電荷分布不均勻，產(chǎn)生了電勢梯度，引起了Rashba效應(yīng)的自旋軌道耦合[34,55,57,59]，進(jìn)而導(dǎo)致了DMI，對(duì)于這類體系，人們可以通過施加偏置電場對(duì)DMI的強(qiáng)度和方向進(jìn)行調(diào)控[34,60]。以上對(duì)于非對(duì)稱磁性多層膜異質(zhì)結(jié)中手性DMI起源的理論模型解釋均基于自旋軌道耦合，普遍認(rèn)為自旋軌道耦合對(duì)DMI的產(chǎn)生起了關(guān)鍵的作用，但由于目前在實(shí)驗(yàn)上還沒有找到一個(gè)能同時(shí)將自旋軌道耦合的強(qiáng)度/符號(hào)與DMI的強(qiáng)度/符號(hào)緊密聯(lián)系起來的可觀測物理量[9]，因而界面DMI的物理機(jī)制仍有待進(jìn)一步的研究。1.4DMI的測試手段如何量化DMI的強(qiáng)度以及符號(hào)至關(guān)重要，在不同的體系中，人們采用了不同的方式測試DMI。DMI歸根結(jié)底是自旋之間的相互作用，相當(dāng)于施加了一個(gè)等效場影響自旋進(jìn)動(dòng)，由此，人們可以通過分辨等效場間接地表征DMI。比如對(duì)于在DMI作用下樣品磁疇會(huì)發(fā)生從非手性的Bloch壁逐漸轉(zhuǎn)化為手性的Néel壁的情況，此時(shí)

蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文界面調(diào)制Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的布里淵光散射研究9方面，DMI的強(qiáng)度與飽和磁化強(qiáng)度成正相關(guān)，緩沖層引入的優(yōu)質(zhì)界面減少了Co/Pt界面的混合，使得薄膜的飽和磁化強(qiáng)度Ms更接近塊體Co，從而實(shí)現(xiàn)了DMI的增強(qiáng)。圖1-3左側(cè)顯示的是根據(jù)洪特第一定律展示的幾種過渡金屬3d軌道自旋的填充情況；右側(cè)是3d態(tài)相對(duì)于重金屬W襯底的5d態(tài)的自旋分裂的能帶位置[76]。XinMa[31]等人研究了界面DMI對(duì)重金屬層厚度的依賴關(guān)系。他們在Ta/CoFeB/MgO體系中CoFeB/MgO界面插入了厚度梯度變化的楔形Pt(原子層尺度的厚度)。由于位于鐵磁層兩側(cè)的Ta和Pt擁有相反的DMI矢量，整體的DMI由兩者共同作用產(chǎn)生。隨著Pt原子層數(shù)的增加，參與Fer-Levy三點(diǎn)交換作用的Pt原子數(shù)量增加，CoFeB/Pt界面DMI增強(qiáng)。后來，S.Tacchi[32]在更大范圍內(nèi)改變Pt的厚度(nm級(jí))研究DMI的變化規(guī)律，結(jié)果顯示：DMI強(qiáng)度先增加后飽和，驗(yàn)證了界面DMI僅發(fā)生在位于界面處幾個(gè)原子層的范圍內(nèi)。除了上述對(duì)Fert-Levy型DMI的調(diào)控研究，人們同樣研究了Rashba型DMI的界面調(diào)控。AnniCao[83]等人研究了Pt/Co/MgO體系中DMI與氧化物覆蓋層MgO厚度的關(guān)系，DMI會(huì)先隨MgO厚度的增加而增加，這是由于MgO/Co界面Co發(fā)生

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]磁性斯格明子的研究現(xiàn)狀和展望[J]. 劉藝舟,臧佳棟.  物理學(xué)報(bào). 2018(13)
[2]斯格明子電子學(xué)的研究進(jìn)展[J]. 趙巍勝,黃陽棋,張學(xué)瑩,康旺,雷娜,張有光.  物理學(xué)報(bào). 2018(13)
[3]自旋波的各種模式及其實(shí)驗(yàn)探測方法[J]. 段秀麗,王選章.  哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào). 2005(01)
[4]布里淵散射研究In-BCVIG單晶的體磁振子和偶極——交換磁振子[J]. 劉玉龍,張昊,朱恪,蕭季駒,李澤民.  光散射學(xué)報(bào). 1997(Z1)



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