本文設(shè)計(jì)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(cè)試系統(tǒng),并利用標(biāo)樣DPPH對(duì)系統(tǒng)的性能參數(shù)進(jìn)行了評(píng)估和校準(zhǔn)。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(jì)了測(cè)試系統(tǒng),然后完成了磁場(chǎng)系統(tǒng)和核心部件諧振腔的設(shè)計(jì)工作。利用HFSS高頻電磁場(chǎng)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(jì)目標(biāo)。磁場(chǎng)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(chǎng)為3400 Oe,最小掃場(chǎng)步長(zhǎng)為0.036 Oe,能夠完成對(duì)一般材料的未成對(duì)電子的EPR表征。利用DPPH標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)搭建的連續(xù)波EPR測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定,并研究了微波功率,調(diào)制磁場(chǎng),時(shí)間常數(shù)等不同的系統(tǒng)參數(shù)對(duì)測(cè)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(shí),達(dá)到共振條件時(shí)系統(tǒng)測(cè)得EPR信號(hào)的幅值的平方正比于微波功率。當(dāng)調(diào)制電流從0... 

【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：75 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

靜態(tài)磁場(chǎng)H引起的電子能級(jí)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(jí)電子數(shù)之差隨時(shí)間變化的曲線久期增寬的影響：對(duì)某個(gè)特定的電子自旋來(lái)說(shuō)，除了處于靜態(tài)磁場(chǎng)H中外，它的周?chē)衅渌碾娮幼孕啪嘏c核自旋磁矩。這些自旋磁矩的作用等效為一個(gè)局部磁常局部磁場(chǎng)疊加在靜態(tài)磁場(chǎng)之上。不同的電子自旋周?chē)木植看艌?chǎng)不同，因此不同位置的實(shí)際靜態(tài)磁場(chǎng)大小是有差別的[69]。因此樣品的EPR信號(hào)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)根據(jù)自由能極小原理，體系總追求最穩(wěn)定的狀態(tài)(對(duì)應(yīng)于極小的能量)。當(dāng)磁體內(nèi)部能量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，磁化強(qiáng)度矢量M與有效場(chǎng)Heff會(huì)指向同一方向。當(dāng)有某種干擾作用出現(xiàn)，Ms與Heff不再指向相同方向，外磁場(chǎng)能發(fā)生變化。這就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩，推動(dòng)磁化強(qiáng)度Ms運(yùn)動(dòng)。1935年，李弗希茨和朗道首先提出了一個(gè)矢量方程，用來(lái)描述磁化強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)。在理想的無(wú)損耗前提下，假設(shè)存在一個(gè)單軸鐵磁晶體，已被外加磁場(chǎng)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(gè)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(yùn)動(dòng)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(xiàng)的表達(dá)方式如式(2-22)：dtdMDMMT(2-22)表達(dá)式中α稱(chēng)為吉爾伯特阻尼常數(shù)，是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)。它被用來(lái)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(qiáng)度繞有效場(chǎng)進(jìn)動(dòng)示意圖(a)無(wú)阻尼;(b)有阻尼2.2.2鐵磁共振磁化強(qiáng)度M受阻尼作用影響將繞有效場(chǎng)Heff進(jìn)動(dòng)。如果此時(shí)沿垂直于靜態(tài)磁場(chǎng)Heff的方向施加微波磁場(chǎng)h。那么磁化強(qiáng)度MS將被迫進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)的頻率就是微波磁場(chǎng)的頻率。MS在進(jìn)動(dòng)過(guò)程中一邊損耗著能量，一邊又從微波場(chǎng)中獲取著能量。當(dāng)微波角頻率ω=ωres時(shí)，MS的進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)損耗著最大的能量，同時(shí)從微波磁場(chǎng)中獲得最大的能量,這就是鐵磁共振。ωres稱(chēng)為鐵磁共振頻率。通過(guò)求解受迫進(jìn)動(dòng)下的磁化強(qiáng)度進(jìn)動(dòng)方程獲得ωres。鐵磁性的薄膜材料發(fā)生鐵磁共振時(shí)，共振磁場(chǎng)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(dāng)外界的靜態(tài)磁場(chǎng)與薄膜易磁化軸平行時(shí)，若薄膜發(fā)生鐵磁共振，共振頻率fr與共振磁場(chǎng)Hr的關(guān)系如式(2-24)：skrkrr2MHHHHf(2-24)當(dāng)外界的靜態(tài)磁場(chǎng)是垂直于薄膜的易磁化軸時(shí)，若薄膜發(fā)生鐵磁共振，共振頻率

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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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(guó)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(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 任明偉.中國(guó)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(diǎn)頻源研制[D]. 鐘信.電子科技大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3059845