自旋流是材料內(nèi)部自旋角動量的定向輸運。它既是自旋電子學(xué)中新物理效應(yīng)出現(xiàn)的核心自由度,又是構(gòu)建新一代高密度、高速度、低能耗磁性存儲與處理器件中實現(xiàn)局域自旋(或磁矩)翻轉(zhuǎn)的核心載體。掌握自旋流的物理特性以及自旋流與材料相互作用的微觀機制,已成為理解自旋與電荷和軌道多自由度耦合以及推動純自旋流應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問題。本論文圍繞以上關(guān)鍵科學(xué)問題,以釔鐵石榴石/金屬(YIG/NM)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的自旋泵浦效應(yīng)為主要研究手段,開展了純自旋流物理特征、有效自旋混合電導(dǎo)率(表征純自旋流注入效率)、以及自旋霍爾角(表征自旋流與電荷流轉(zhuǎn)化效率)三個方面的研究。取得的主要創(chuàng)新性結(jié)論如下:1、提出了獲得純自旋泵浦信號的方法,并建立了純自旋流的空間對稱性。我們針對FM/NM中可能同時存在自旋整流和自旋泵浦信號的問題,提出了利用YIG/NM體系,實現(xiàn)純自旋泵浦信號的測量。發(fā)現(xiàn)磁化強度在xy、yz、xz平面轉(zhuǎn)動時,自旋泵浦和自旋整流信號的角度依賴關(guān)系明顯不同。同時,還發(fā)現(xiàn)了滿足3cosθ角度關(guān)系的非均勻自旋泵浦信號。因此,自旋泵浦信號的準確測量需要利用空間對稱性排除自旋整流影響,在θ=90o或Hall端進行測量。2、實現(xiàn)了...

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 磁電阻的發(fā)展與自旋電子學(xué)的建立
        1.1.2 自旋電子學(xué)的新進展：自旋轉(zhuǎn)移矩
        1.1.3 自旋流的研究與自旋電子學(xué)發(fā)展
    1.2 純自旋流及純自旋流的產(chǎn)生與探測
        1.2.1 純自旋流
        1.2.2 自旋-軌道耦合作用
        1.2.3 純自旋流的產(chǎn)生
        1.2.4 純自旋流的探測
    1.3 自旋泵浦效應(yīng)與本論文的研究內(nèi)容
第二章 理論與實驗基礎(chǔ)
    2.1 磁化強度動力學(xué)理論與鐵磁共振(FMR)
        2.1.1 磁化強度進動的本征頻率
        2.1.2 阻尼進動下的m分量形式
    2.2 自旋泵浦效應(yīng)
        2.2.1 自旋泵浦效應(yīng)與自旋流產(chǎn)生
        2.2.2 自旋泵浦信號
        2.2.3 自旋泵浦效應(yīng)對磁化強度動力學(xué)的影響
    2.3 樣品薄膜的制備
        2.3.1 脈沖激光沉積
        2.3.2 磁控濺射
    2.4 樣品表征
        2.4.1 X射線衍射儀
        2.4.2 X射線反射率法
        2.4.3 振動樣品磁強計(VSM)
        2.4.4 電子自旋共振(ESR)
        2.4.5 自旋泵浦信號電測量系統(tǒng)
第三章 YIG/PT體系中自旋泵浦信號空間對稱性研究
    3.1 引言
    3.2 自旋泵浦信號空間對稱性理論
        3.2.1 直流外磁場在xy平面內(nèi)轉(zhuǎn)動
        3.2.2 直流外磁場在yz平面內(nèi)轉(zhuǎn)動
        3.2.3 直流外磁場在xz平面內(nèi)轉(zhuǎn)動
    3.3 自旋泵浦信號空間對稱性的實驗驗證
        3.3.1 器件制備與基本性質(zhì)表征
        3.3.2 直流外磁場在xy面內(nèi)時自旋泵浦信號空間對稱性的驗證
        3.3.3 直流外磁場在yz和xz面內(nèi)時自旋泵浦信號空間對稱性的驗證
    3.4 總結(jié)
第四章 YIG/金屬體系中非均勻自旋泵浦效應(yīng)
    4.1 引言
    4.2 測量位置對自旋泵浦信號的影響
    4.3 非均勻自旋泵浦效應(yīng)的圖像
    4.4 非均勻自旋泵浦效應(yīng)的驗證
    4.5 總結(jié)
第五章 自旋霍爾角測量及其機制的研究
    5.1 引言
        5.1.1 利用自旋泵浦測量自旋霍爾角的方法原理
        5.1.2 自旋霍爾角的機制
    5.2 自旋霍爾角的測量
        5.2.1 樣品的制備與表征
        5.2.2 自旋擴散長度的測量
        5.2.3 有效自旋混合電導(dǎo)率的測量
        5.2.4 微波磁場的測量
        5.2.5 自旋霍爾角的計算
        5.2.6 小結(jié)
    5.3 自旋霍爾角機制的研究
        5.3.1 自旋霍爾角機制的實驗方案及樣品的制備
        5.3.2 自旋霍爾角與自旋軌道耦合作用的對應(yīng)關(guān)系
        5.3.3 Pt-Pd合金中自旋霍爾角的微觀機理
        5.3.4 小結(jié)
    5.4 總結(jié)
第六章 有效自旋混合電導(dǎo)率的機制與調(diào)控研究
    6.1 引言
        6.1.1 有效自旋混合電導(dǎo)率的理論
        6.1.2 有效自旋混合電導(dǎo)率的研究進展
        6.1.3 有效自旋混合電導(dǎo)率存在的問題
    6.2 非線性自旋泵浦效應(yīng)的研究
        6.2.1 樣品的制備與動態(tài)參數(shù)的表征
        6.2.2 自旋泵浦的非線性效應(yīng)結(jié)果
        6.2.3 非線性自旋泵浦中飽和磁化強度的修正
        6.2.4 非線性自旋泵浦效應(yīng)的結(jié)果
        6.2.5 小結(jié)
    6.3 自旋軌道耦合作用對有效自旋混合電導(dǎo)率的調(diào)控
        6.3.1 實驗設(shè)計
        6.3.2 有效自旋混合電導(dǎo)率隨成分的變化
        6.3.3 自旋軌道耦合作用調(diào)控有效自旋混合電導(dǎo)率的機制
        6.3.4 小結(jié)
    6.4 有效自旋混合電導(dǎo)率的各向異性
        6.4.1 樣品的制備與表征
        6.4.2 自旋混合電導(dǎo)率各向異性的測量
        6.4.3 自旋混合電導(dǎo)率各向異性的驗證
        6.4.4 有效自旋混合電導(dǎo)率各向異性的機制
        6.4.5 小結(jié)
    6.5 總結(jié)
第七章 自旋泵浦效應(yīng)發(fā)展的探索研究
    7.1 引言
        7.1.1 交流自旋流與自旋泵浦效應(yīng)
        7.1.2 多鐵材料與自旋泵浦效應(yīng)
    7.2 交流自旋泵浦效應(yīng)信號的研究
        7.2.1 樣品的制備與表征
        7.2.2 YIG/FeNi中共振峰的色散關(guān)系
        7.2.3 YIG/FeNi中交流自旋泵浦信號測量與分離
        7.2.4 YIG/FeNi中交流自旋泵浦信號的驗證
        7.2.5 小結(jié)
    7.3 電場調(diào)控磁各向異性場的研究
        7.3.1 樣品的制備與表征
        7.3.2 電場調(diào)控各向異性場的測量
        7.3.3 電場調(diào)控磁各向異性場的機制
        7.3.4 電場對共振線寬的調(diào)控
        7.3.5 小結(jié)
    7.4 總結(jié)
第八章 結(jié)論與展望
    8.1 結(jié)論
    8.2 展望
參考文獻
在學(xué)期間發(fā)表的論文
    一、發(fā)表論文
    二、主持項目
致謝



本文編號：3781785