本文設(shè)計了諧振頻率9GHz的TE₀₁₁模式諧振腔,并搭建了電子順磁共振（EPR）測試系統(tǒng),并利用標樣DPPH對系統(tǒng)的性能參數(shù)進行了評估和校準。并利用該系統(tǒng)研究了Nb摻雜SrTiO₃中的逆自旋霍爾效應(yīng)。首先,本文根據(jù)EPR原理設(shè)計了測試系統(tǒng),然后完成了磁場系統(tǒng)和核心部件諧振腔的設(shè)計工作。利用HFSS高頻電磁場仿真軟件,確定了TE₀₁₁模式的諧振腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)并加工得到了黃銅材質(zhì)的鍍金諧振腔。諧振腔諧振頻率為8.838 GHz,散射矩陣參數(shù)S₁₁為-20 dB,空載Q值為12000,符合設(shè)計目標。磁場系統(tǒng)由永磁體,直流線圈,交流線圈構(gòu)成,可以提供的最大靜態(tài)磁場為3400 Oe,最小掃場步長為0.036 Oe,能夠完成對一般材料的未成對電子的EPR表征。利用DPPH標準樣品對搭建的連續(xù)波EPR測試系統(tǒng)進行了標定,并研究了微波功率,調(diào)制磁場,時間常數(shù)等不同的系統(tǒng)參數(shù)對測試結(jié)果的影響。結(jié)果顯示,諧振腔內(nèi)的微波功率在9dBm至15dBm時,達到共振條件時系統(tǒng)測得EPR信號的幅值的平方正比于微波功率。當調(diào)制電流從0... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)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)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

靜態(tài)磁場H引起的電子能級分裂示意圖

第二章電子順磁共振與逆自旋霍爾效應(yīng)相關(guān)的基礎(chǔ)理論9圖2-2上下能級電子數(shù)之差隨時間變化的曲線久期增寬的影響：對某個特定的電子自旋來說，除了處于靜態(tài)磁場H中外，它的周圍有其他的電子自旋磁矩與核自旋磁矩。這些自旋磁矩的作用等效為一個局部磁常局部磁場疊加在靜態(tài)磁場之上。不同的電子自旋周圍的局部磁場不同，因此不同位置的實際靜態(tài)磁場大小是有差別的[69]。因此樣品的EPR信號譜線是由很多窄的譜線疊加而成的譜線。人們記錄的EPR譜線并不是EPR功率吸收譜，而是功率吸收譜的一次微分譜。EPR實驗得到的譜線線型是洛倫茲線型和高斯線型的疊加[69]。洛倫茲線型表示為式(2-14)。高斯線型表示為式(2-15)。21bxaxf(2-14))exp()(2bxxf(2-15)2.2逆自旋霍爾效應(yīng)相關(guān)概念與原理2.2.1磁化強度的運動根據(jù)自由能極小原理，體系總追求最穩(wěn)定的狀態(tài)(對應(yīng)于極小的能量)。當磁體內(nèi)部能量處于穩(wěn)定狀態(tài)時，磁化強度矢量M與有效場Heff會指向同一方向。當有某種干擾作用出現(xiàn)，Ms與Heff不再指向相同方向，外磁場能發(fā)生變化。這就會產(chǎn)生一個力矩，推動磁化強度Ms運動。1935年，李弗希茨和朗道首先提出了一個矢量方程，用來描述磁化強度的運動。在理想的無損耗前提下，假設(shè)存在一個單軸鐵磁晶體，已被外加磁場磁化處于磁化平衡狀態(tài)。Ms與Heff平行。突然由于某種作用，Ms與Heff這兩個矢量不再

第二章電子順磁共振與逆自旋霍爾效應(yīng)相關(guān)的基礎(chǔ)理論11由于阻力TD的存在，Ms的運動狀態(tài)受影響發(fā)生改變。1955年吉爾伯特引入了一種阻尼項的表達方式如式(2-22)：dtdMDMMT(2-22)表達式中α稱為吉爾伯特阻尼常數(shù)，是一個無量綱的數(shù)。它被用來描述磁性材料的能量損耗特性。因此可以得到LLG方程如式(2-23)[72]：dtdMdtdseffMMHMM00(2-23)(a)(b)圖2-3磁化強度繞有效場進動示意圖(a)無阻尼;(b)有阻尼2.2.2鐵磁共振磁化強度M受阻尼作用影響將繞有效場Heff進動。如果此時沿垂直于靜態(tài)磁場Heff的方向施加微波磁場h。那么磁化強度MS將被迫進動，進動的頻率就是微波磁場的頻率。MS在進動過程中一邊損耗著能量，一邊又從微波場中獲取著能量。當微波角頻率ω=ωres時，MS的進動運動損耗著最大的能量，同時從微波磁場中獲得最大的能量,這就是鐵磁共振。ωres稱為鐵磁共振頻率。通過求解受迫進動下的磁化強度進動方程獲得ωres。鐵磁性的薄膜材料發(fā)生鐵磁共振時，共振磁場與共振頻率的關(guān)系可由Kittel方程給出。鐵磁性薄膜的易磁化軸是在薄膜平面內(nèi)。當外界的靜態(tài)磁場與薄膜易磁化軸平行時，若薄膜發(fā)生鐵磁共振，共振頻率fr與共振磁場Hr的關(guān)系如式(2-24)：skrkrr2MHHHHf(2-24)當外界的靜態(tài)磁場是垂直于薄膜的易磁化軸時，若薄膜發(fā)生鐵磁共振，共振頻率

【參考文獻】：
期刊論文
[1]摻鈮SrTiO3中的逆自旋霍爾效應(yīng)[J]. 何冬梅,彭斌,張萬里,張文旭.  物理學(xué)報. 2019(10)
[2]中國電子順磁共振（EPR）發(fā)展50年回顧[J]. 盧景雰,劉揚.  波譜學(xué)雜志. 2011(04)
[3]靈敏電子自旋共振波譜儀[J]. 萬謙,盧景雰.  儀器儀表學(xué)報. 1981(03)

博士論文
[1]脈沖電子順磁共振譜儀研制及應(yīng)用[D]. 榮星.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011

碩士論文
[1]寬帶電子順磁共振譜儀的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 任明偉.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[2]NiFe/Pt薄膜結(jié)構(gòu)的自旋泵浦—逆自旋霍爾效應(yīng)的研究[D]. 韓方彬.電子科技大學(xué) 2016
[3]基于高Q空氣諧振腔Ku波段點頻源研制[D]. 鐘信.電子科技大學(xué) 2016



本文編號：3059845