發(fā)布時間：2020-12-28 19:11

　　為實現(xiàn)下一代通信系統(tǒng)（5G/6G）的片上集成和直接微波段信號處理,自旋波薄膜晶圓、自旋波片上集成器件、自旋波的傳輸與調控機制研究成為當今世界上關注熱點之一。本文基于國家重大研究計劃項目及課題的研究內容與目標,探索了液相外延法生長超低損耗磁性石榴石薄膜晶圓技術,設計并制備出磁絕緣體/重金屬自旋異質結,設計了帶有激發(fā)/接收薄膜微帶天線的YIG自旋波傳輸器件,探索了逆自旋霍爾效應,搭建了鐵磁共振線寬測試、逆自旋霍爾效應測試系統(tǒng)、自旋波測試系統(tǒng)并發(fā)現(xiàn)了幾個自旋波新效應,研究了自旋波在磁性絕緣體中的輸運機制并成功制備成自旋波器件。尤其是深入研究了亞微米級到納米級釔鐵石榴石薄膜外延生長技術以及磁特性調控方法,突破了超低損耗磁性薄膜的鐵磁共振微帶波導高精度測量技術瓶頸,探討了自旋波激發(fā)探測天線技術以及用于傳輸前向體波,并制備具有面外各向異性的低損耗薄膜與器件等。具體如下:1)為了實現(xiàn)超低磁損耗和器件集成化,首先研究了亞微米級自旋波單晶YIG薄膜調控外延生長,利用液相外延技術制備了厚度在100 nm-1000 nm的純YIG和摻雜La:YIG薄膜。通過與厚度相關的靜磁特性比較給出了以下結論:其一是純Y... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

自旋波傳輸模式以及對應色散曲線

第一章緒論7側邊刻蝕的周期性波導結構，如圖1-2（c）所示，通過微磁學仿真揭示了磁振子晶體產(chǎn)生自旋波禁帶的物理機理。如圖1-2（d）的結構，是對YIG薄膜進行周期性刻槽形成的磁振子晶體結構，不同的是此文研究了后向體波的能帶特點。（a）（b）（c）（d）圖1-2磁振子晶體結構。（a）周期性Ms磁振子晶體；（b）可調光柵熱致磁振子晶體；（c）周期性波導磁振子晶體；（d）周期性刻蝕槽磁振子晶體1.2.3自旋短波以及疇壁傳輸自旋波短波長自旋波和疇壁傳輸自旋波是自旋波研究中的難點，其對器件制備工藝，新材料和測試技術都提出了更高的要求。與自旋長波一樣，最方便的自旋波激發(fā)方式是利用非均勻微波場，通過超窄共面波導或微帶線激發(fā)短波長自旋波。2016年M.Krawczy等人制備的200nm波導線寬激發(fā)波長370nm的自旋波[36]，但是窄的金屬線寬會帶來較大的電阻會影響微波的阻抗匹配，導致信號衰減和反射，極大影響測量結果。近幾年有利用自旋轉移矩來激發(fā)短波長自旋波[37-41]，用STT激發(fā)自旋波主要問題在于較大的翻轉磁矩電流閾值，使得器件功耗較大，并且在調節(jié)自旋波強度的過程中會遇到頻率移動的問題。磁渦旋態(tài)也可以激發(fā)短波長自旋波，在反鐵磁耦合雙層膜系統(tǒng)中利用磁渦旋態(tài)激發(fā)了波長125nm自旋波[42]。磁疇、疇壁傳輸自旋波是近兩年另外一個研究熱點，磁疇可以看成是自發(fā)形成的自旋波波導，磁疇包括疇和疇壁兩部分組成[43,44]，疇和疇壁都可以作為自旋波傳

第一章緒論9導恰好滿足了集成結構的平面化特點。而小型化的共面波導技術極大的提高了自旋波波矢k和波矢k范圍Δk[66,67]，與此同時YIG超薄膜技術的成熟使得自旋波研究出現(xiàn)一股熱潮[68,69]。（a）（b）（c）圖1-3自旋波微波測量技術。（a）共面波導天線激發(fā)與探測；（b）微波探頭自旋波探測；（c）非接觸自旋波天線激發(fā)1.3.2自旋波光激發(fā)探測技術光子作為電磁波的量子，與自旋波之間存在耦合作用，同時光的熱效應也能成為自旋波激發(fā)的原因之一。光激發(fā)自旋波[70,71]的主要方式就是利用飛秒激光的熱效應和非熱效應引發(fā)局域磁矩的翻轉帶來自旋波激發(fā)，光探測技術主要有兩種，一種是布里淵光散射技術，如圖1-4（a）所示，另外一種是時間分辨磁光克爾效應（Time-ResolvedMagneto-OpticalKerrEffect，TR-MOKE）[49,72]。其中最受歡迎的自旋波探測技術是布里淵光散射儀[73,74]。布里淵光散射儀的物理基礎是磁振子引起的非彈性光子散射。通過分析入射到樣品上的探測光束的散射光，確定散射光子的頻率和波數(shù)，其中散射光子的強度與自旋波的強度成正比。BLS探測技術通常與微波激發(fā)技術相結合，經(jīng)過多年的發(fā)展成為較為成熟的探測技術，其空間分辨率可達250nm，并且時間分辨，相位分辨，波數(shù)分辨的技術已經(jīng)實現(xiàn)[75-79]。TR-MOKE是基于磁光


本文編號：2944260