自旋流是材料內(nèi)部自旋角動(dòng)量的定向輸運(yùn)。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(chǔ)與處理器件中實(shí)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(jī)制,已成為理解自旋與電荷和軌道多自由度耦合以及推動(dòng)純自旋流應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。本論文圍繞以上關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(kāi)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(gè)方面的研究。取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)論如下:1、提出了獲得純自旋泵浦信號(hào)的方法,并建立了純自旋流的空間對(duì)稱性。我們針對(duì)FM/NM中可能同時(shí)存在自旋整流和自旋泵浦信號(hào)的問(wèn)題,提出了利用YIG/NM體系,實(shí)現(xiàn)純自旋泵浦信號(hào)的測(cè)量。發(fā)現(xiàn)磁化強(qiáng)度在xy、yz、xz平面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),自旋泵浦和自旋整流信號(hào)的角度依賴關(guān)系明顯不同。同時(shí),還發(fā)現(xiàn)了滿足3cosθ角度關(guān)系的非均勻自旋泵浦信號(hào)。因此,自旋泵浦信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量需要利用空間對(duì)稱性排除自旋整流影響,在θ=90o或Hall端進(jìn)行測(cè)量。2、實(shí)現(xiàn)了...

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【學(xué)位級(jí)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(jìn)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(cè)
        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(cè)
    1.3 自旋泵浦效應(yīng)與本論文的研究?jī)?nèi)容
第二章 理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)
    2.1 磁化強(qiáng)度動(dòng)力學(xué)理論與鐵磁共振(FMR)
        2.1.1 磁化強(qiáng)度進(jìn)動(dòng)的本征頻率
        2.1.2 阻尼進(jìn)動(dòng)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(hào)
        2.2.3 自旋泵浦效應(yīng)對(duì)磁化強(qiáng)度動(dòng)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(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)
        2.4.4 電子自旋共振(ESR)
        2.4.5 自旋泵浦信號(hào)電測(cè)量系統(tǒng)
第三章 YIG/PT體系中自旋泵浦信號(hào)空間對(duì)稱性研究
    3.1 引言
    3.2 自旋泵浦信號(hào)空間對(duì)稱性理論
        3.2.1 直流外磁場(chǎng)在xy平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)
        3.2.2 直流外磁場(chǎng)在yz平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)
        3.2.3 直流外磁場(chǎng)在xz平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)
    3.3 自旋泵浦信號(hào)空間對(duì)稱性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
        3.3.1 器件制備與基本性質(zhì)表征
        3.3.2 直流外磁場(chǎng)在xy面內(nèi)時(shí)自旋泵浦信號(hào)空間對(duì)稱性的驗(yàn)證
        3.3.3 直流外磁場(chǎng)在yz和xz面內(nèi)時(shí)自旋泵浦信號(hào)空間對(duì)稱性的驗(yàn)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(cè)量位置對(duì)自旋泵浦信號(hào)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(yàn)證
    4.5 總結(jié)
第五章 自旋霍爾角測(cè)量及其機(jī)制的研究
    5.1 引言
        5.1.1 利用自旋泵浦測(cè)量自旋霍爾角的方法原理
        5.1.2 自旋霍爾角的機(jī)制
    5.2 自旋霍爾角的測(cè)量
        5.2.1 樣品的制備與表征
        5.2.2 自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度的測(cè)量
        5.2.3 有效自旋混合電導(dǎo)率的測(cè)量
        5.2.4 微波磁場(chǎng)的測(cè)量
        5.2.5 自旋霍爾角的計(jì)算
        5.2.6 小結(jié)
    5.3 自旋霍爾角機(jī)制的研究
        5.3.1 自旋霍爾角機(jī)制的實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)關(guān)系
        5.3.3 Pt-Pd合金中自旋霍爾角的微觀機(jī)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(jī)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(jìn)展
        6.1.3 有效自旋混合電導(dǎo)率存在的問(wèn)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(dòng)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(qiáng)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(duì)有效自旋混合電導(dǎo)率的調(diào)控
        6.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        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(jī)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(cè)量
        6.4.3 自旋混合電導(dǎo)率各向異性的驗(yàn)證
        6.4.4 有效自旋混合電導(dǎo)率各向異性的機(jī)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(hào)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(hào)測(cè)量與分離
        7.2.4 YIG/FeNi中交流自旋泵浦信號(hào)的驗(yàn)證
        7.2.5 小結(jié)
    7.3 電場(chǎng)調(diào)控磁各向異性場(chǎng)的研究
        7.3.1 樣品的制備與表征
        7.3.2 電場(chǎng)調(diào)控各向異性場(chǎng)的測(cè)量
        7.3.3 電場(chǎng)調(diào)控磁各向異性場(chǎng)的機(jī)制
        7.3.4 電場(chǎng)對(duì)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(xiàn)
在學(xué)期間發(fā)表的論文
    一、發(fā)表論文
    二、主持項(xiàng)目
致謝



本文編號(hào)：3781785