《基於Co基Heusler合金的側向自旋閥的研究》是依託北京科技大學，由孟康康擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於Co基Heusler合金的側向自旋閥的研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：孟康康
- 項目類別：青年科學基金項目
- 批准號：61404125
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
半導體自旋電子學的一個長遠目標是在一個獨立的器件中實現自旋的電學注入、調製和探測，而側向自旋閥是利用全電學方法研究自旋輸運性質的最重要結構之一。本項目擬設計並製備出基於Co2FeMnAl/n+GaAs/n-GaAs和Co2FeMnAl/MgO/Si異質結的側向自旋閥,利用全電學的方法研究自旋在半導體材料中的輸運性質。我們計畫利用全分子束外延生長技術生長製備出上述兩種異質結,並開展Co2FeMnAl薄膜的結構和磁學性質研究。然後,利用常規的微納加工手段將上述兩種異質結製備成側向自旋閥。最後，採用在注入端加恆定電流的辦法測量探測端的輸出電壓隨平行於器件磁場和注入電流的變化關係，並通過觀測Hanle效應研究半導體材料中的自旋輸運性質（自旋擴散長度、自旋弛豫時間和自旋極化度等）。本項目的順利進行將為開發多功能自旋電子學器件提供研究基礎。
結題摘要
石墨烯具有極好的導電性能的同時，在室溫下就具有很長的自旋擴散長度和自旋壽命，是自旋輸運的理想材料。而橫向自旋閥因其可以進行非局域測量，可以有效反映二維材料面內的自旋輸運性質。因此，本項目在基於石墨烯為自旋溝道的側向自旋閥器件研究方面，利用 Cu 基化學氣相沉積生長的石墨烯，採用一系列最佳化手段改良了電化學剝離轉移流程。通過光學顯微鏡和拉曼光譜，快速標定薄石墨烯層數。利用微機械剝離石墨烯探究了隧穿層材料與工藝，得出電子束蒸鍍原位氧化的 TiOx/MgO 結構可以得到較好的隧穿電阻。自旋擴散長度可達 2 μm，自旋壽命 248.3 ps。CVD 轉移的石墨烯橫向自旋閥器件性能與天然石墨烯相近，具有良好套用前景。 自旋軌道轉矩可以實現在由垂直磁各向異性的重金屬/磁性材料組成的異質結中由電流控制磁矩的翻轉，因此得到了廣泛關注。因此，本項目系統研究了基於MnGa和MnAl合金的自旋軌道轉矩效應。在MnGa/IrMn異質結中，我們同樣研究了由IrMn中強自旋霍爾效應導致的自旋軌道轉矩。IrMn同時提供了面內的交換偏置場，實現了幾乎在零外加輔助磁場下的磁矩翻轉。在MnAl/Ta異質結中，我們通過退火增加MnAl中的有序度，從而提高了自旋軌道轉矩的效率。退火增加了界面處和MnAl中的自旋流的穿透和傳輸效率。這些成果表明，具有本徵垂直磁各向異性的MnGa和MnAl是研究自旋軌道轉矩的理想材料。
