《自旋基微波震盪器的研究》是依託香港城市大學深圳研究院，由Antonio Ruotolo擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：自旋基微波震盪器的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：Antonio Ruotolo
- 依託單位：香港城市大學深圳研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前，納米柱體和納米接觸點自旋轉移矩微波振盪器是主要兩種結構，其中自旋轉移角動量會激發一種均勻磁化狀態或者一種磁渦旋態。本項目綜合磁渦旋態納米觸點微波振盪器的功率特點和磁渦旋態柱體微波振盪器的高頻特點，提出一種新型混合結構的渦旋基STO，開展基於渦旋態高頻自旋轉移矩微波振盪器的系統研究，可以突破現有振盪器的瓶頸。本項目的目標是製備既具有較大的輸出功率又具有GHz高頻特性的渦旋基STO，富有特色和創新性。採用磁控濺射方法製備高質量的鐵磁多層膜，並在最佳化後的結構上用電子束刻蝕（EBL）進行圖形化微加工，然後用標準器件製備方法如離子刻蝕，lift-off，和光刻來製備器件。成功完成本項目將開發適用於高速無線通信的新一代微波源。與傳統的半導體振盪器相比，新型結構的STO不需要電容和電感，而且不需要用變容二極體做高頻調諧。因此，可以採用更加靈活的方式調諧載波頻率。
結題摘要
巨磁阻效應的逆效應稱作自旋轉移矩效應,該效應可用來產生微波電壓信號。在本項目的第一部分我們分別設計了納米柱狀以及納米點接觸結構的磁渦旋基微波振盪器。我們發現納米柱狀結構的振盪器可以產生在微波波段的信號，但是他們的輸出功率卻過小。第二種結構輸出功率足夠但是產生的信號卻在Sub-Ghz波段。基於此，我們設計一種能夠結合兩種結構優點的複合結構。該結構是基於納米柱狀但是電流卻是在多層膜自由層的中心通過點接觸結構注入。在該器件中，渦旋於點接觸導電區域外旋轉。因此其輸出功率是基於納米接觸結構，而頻率因為結構束縛能夠被提升到1GHz。 在研究中同時發現該器件可以用作非揮發性記憶體的存儲單元。我們發現，如果磁渦旋被束縛在圓點結構中，同時電流通過該圓點處的歐姆接觸注入，圓點邊緣產生的靜磁能將會使得渦旋產生傾角。該效應會使得磁渦旋核心反轉的閾值電流降低。通過調節電流方向可轉變磁渦旋方向，轉變時間預測在10ns量級。利用微磁仿真模擬，我們同時發現在橢圓型的結構中，穩定存在兩種磁渦旋能量低態。電流經納米接觸點的中心垂直注入器件，會引起器件在兩種特定的磁態之間轉變。 為了實現這些器件與其它半導體工藝的兼容，我們以半導體而非金屬為基去製備上述自旋轉移矩振盪器。在研究過程中，研究團隊發現了一些磁性半導體薄膜的光電磁相互轉化現象。其中最主要的兩個發現是：（1）對半導體施加磁矩可以改變其能帶結構，即磁場可以套用在半導體的帶系工藝中。特別是因為強塞曼效應，磁矩可以拉低導帶能量，從而能夠減小整個帶隙寬度。該現象，首先在室溫下發現，具有重要的套用特別是在需要拉平兩個互接觸膜能級的情況。 （2）負巨磁阻效應。這種反常效應在虧氧的磁性半導體氧化膜中發現，而且會隨著磁性離子濃度的增高而增強。結合磁阻以及磁光致發光測試，我們發現該現象是緣於磁激發電子躍遷到導帶。當同樣的材料處於納米薄膜結構，在其上覆蓋金屬薄膜，我們發現了隨著外加磁場增大，拉曼信號的強度增強同時相對標準差降低的現象。這些現象緣於磁場引發磁性半導體邊界上磁極子的融化。
