《鐵磁鄰近極化效應下的GaAs電子自旋相干運動研究》是依託復旦大學，由趙海斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鐵磁鄰近極化效應下的GaAs電子自旋相干運動研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙海斌
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在鐵磁金屬半導體異質結中，光致躍遷的半導體電子受到鐵磁鄰近效應作用可以產生相干自旋極化，該過程與電子從半導體輸運至鐵磁金屬時受到界面反射形成的自旋極化可以直接進行比較，而後者是半導體自旋電子器件中產生自旋極化的重要手段。本項目採用時間分辨磁光譜研究GaAs受到光致激發後在鄰近3d過渡族鐵磁金屬作用下形成的自旋極化相干運動，細緻分析不同肖特基勢壘寬度和金屬氧化物(MgO,AlO)隧穿界面結構及不同偏置電壓條件對於鐵磁鄰近效應的影響。同時開展非線性磁光光譜測量，分析界面處與GaAs體內電子自旋相干進動在頻率、相位、相干衰減時間上的異同，並結合和頻產生光譜研究界面電子結構。通過這些研究，獲取鐵磁鄰近極化效應與通過淨電子輸運形成的自旋極化效應的異同，並深刻理解界面在電子自旋極化形成過程中的作用規律，特別是隧穿勢壘對於自旋極化的增強機理。
結題摘要
開展了具有界面鄰近自旋交換耦合異質結與多層體系的光致自旋動力學研究。（1）在Fe/GaAs異質結體系中，通過界面附近GaAs層高摻雜，在界面附近形成強內建場的肖特基勢壘，光致載流子在強內建電場的作用下產生快速的移動，從而形成等效脈衝磁場驅動鐵磁薄膜的磁矩進動，這種光致磁矩進動激發所需能量密度相比光熱激發所需能量密度低2-3個數量級，為低能量光脈衝調控自旋磁矩提供了一種可能[Applied Physics Express 6, 073008 (2013)]。 （2）在單晶Fe/MgO異質結界面，利用磁性二次諧波技術發現了交換偏置效應，該效應起源於界面反鐵磁FeO結構的釘扎效應，其偏置強度可以通過控制界面氧原子濃度的高低進行調節，這項研究成果為調控界面自旋性質提供了新的思路，也為最佳化界面磁性性質，減少自旋輸運過程中的自旋反轉散射提供了重要的線索[Nature Nanotechnology 8, 438 (2013)]。（3）利用時間分辨磁光技術系統精確測定了具有垂直磁性各向異性的有序層狀結構FePd1-xPtx鐵磁薄膜中磁矩進動內稟Gilbert阻尼衰減係數，確立了Gilbert阻尼衰減係數與自旋軌道耦合強度成二次方的關係[Physical Review Letters 110, 077203 (2013)]。（4）研究了鐵磁反鐵磁Fe/CoO結構中的鐵磁磁矩進動衰減，發現在反鐵磁轉變溫度下Fe磁矩進動阻尼突然變大，且隨著溫度降低基本保持不變，而且其大小與磁場無關，從而排除了薄膜不均勻以及界面缺陷形成的色散與磁子散射效應，我們因此認為進動阻尼的增加與動態交換作用下的反鐵磁自旋進動或者反鐵磁磁疇運動的激發有關，此項研究成果已經投稿。（5）研究了具有鐵磁鄰近效應的CoFeAl/GaMnAs異質結結構的磁性動力學以及光致磁矩進動激發，我們發現光致磁矩進動激發隨溫度劇烈變化，說明CoFeAl與GaMnAs之間存在強烈的耦合，該耦合隨著GaMnAs磁性的變化而變化。我們發現由於鄰近效應使得在GaMnAs母體鐵磁轉變溫度以上直至室溫，低能量密度飛秒脈衝光致磁矩進動激發成為可能。此項工作正在整理撰寫論文。
