《鐵磁與順磁金屬中的純自旋流輸運研究》是依託蘭州大學，由范小龍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鐵磁與順磁金屬中的純自旋流輸運研究
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：范小龍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自旋霍爾效應是實現自旋流產生與探測的理論依據。由於自旋霍爾角是描述材料內部自旋流與電荷流之間轉化效率的核心參數，所以獲得具有大自旋霍爾角的材料是實現自旋流技術功能化的基礎。但是這一關鍵參數到目前仍無法準確測量。本項目擬採用非線性自旋動力學原理結合獨特的器件設計，首先解決自旋霍爾角準確測量這一關鍵科學問題；其次按照本徵（單質）與非本徵（雜質、缺陷和表面處的散射）自旋霍爾效應起源為理論基礎，以人為控制非本徵因素作為增大自旋霍爾角的主要技術途徑，在自身自旋軌道較強的5d過渡族金屬元素中尋找高自旋霍爾角的單質或合金體系。目標是1、建立自旋霍爾角的準確測量原理與技術，2、尋找自旋霍爾角大於0.1的材料體系。該研究不僅可以建立自旋霍爾角的準確測試方法，為相關材料研究提供技術保障，而且在獲得高自旋霍爾效應材料體系的同時掌握這一關鍵參數的調控技術，從材料研究的角度推動自旋流技術在實際套用上的發展。
結題摘要
依據自旋流對自旋動力學的顯著影響，利用自旋霍爾效應實現電荷流與自旋流的相互轉化是發展高效率低能耗自旋電子學器件的有效途徑。因此，自旋霍爾效應的定量表征與微觀機理，既是實現高效率自旋流產生與檢測的理論基礎，又是最佳化材料性能推動自旋電子學器件發展的關鍵。本項目基本按照任務書中的研究計畫執行，在近5年內分別開展了金屬體系中自旋霍爾角的測量方法、幾種典型金屬與合金中的自旋霍爾角表征、自旋霍爾效應的微觀機制等三個主要方向的研究工作，完成了立項時提出的研究內容，實現了項目的總體研究目標（建立金屬材料自旋霍爾角準確測量的實驗方法，獲得自旋霍爾角大於0.1的金屬材料）。我們將自旋動力學表征方法的優勢推廣到自旋霍爾效應研究，在自旋流產生、注入與檢測的一體化器件中，1、利用自旋進動的非線性效應（表征自旋流強度）與自旋霍爾的空間對稱性（表征電荷流強度），提出了具有局域特性的自旋霍爾效應檢測方法，並有效剝離了自旋霍爾磁電阻對測量結果的干擾；2、在PtPd合金中獲得了0.18的自旋霍爾角數值，同時研究了PtPd合金中決定器件性能的自旋流關鍵物理量（自旋霍爾角、自旋擴散長度、自旋流注入效率）與自旋霍爾效應物理本質-自旋軌道耦合的定量化關係，發現斜散射是增大自旋霍爾效應強度的主要微觀機制。相關研究成果目前已發表8篇SCI論文，全部為項目負責人為第一作者或通訊聯繫作者，並表明資助。其中包括Physical Review B 1篇，Advanced Electronic Materials 1篇，Applied Physics Letters 3篇。在項目執行期內，已培養碩士畢業生4名，博士畢業生1名。
