《Fe3O4/重金屬/NiFe自旋閥結構自旋輸運及進動阻尼的電場調控》是依託南京理工大學，由劉二擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Fe3O4/重金屬/NiFe自旋閥結構自旋輸運及進動阻尼的電場調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉二
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自旋閥結構磁性多層膜在磁感測器件、高密度磁存儲、高頻自旋電子學器件等領域有著廣泛的套用前景。然而當前對自旋閥性能的調控通常是通過改變其結構或者材料來完成。對此，本項目擬設計一種以重金屬為中間層的自旋閥結構，通過在中間層施加偏置電場的方式，利用自旋霍爾效應產生的淨自旋流對自旋閥自旋輸運及進動阻尼進行調控。首先通過提高鐵磁層（Fe3O4）自旋極化率、減少界面自旋損耗、調控中間層厚度及類型等方式增強重金屬自旋閥結構的磁阻效應（CPP-MR）；其次探索電場調控(改變大小，與磁場方向)下自旋閥矯頑場、磁阻效應等磁特性的變化規律，歸納總結電場對自旋輸運的影響機制；再次通過鐵磁共振的手段研究電場調控和自旋閥本徵Gilbert阻尼等微波磁性的作用關係。最終揭示電場對自旋輸運及進動阻尼調控的物理本質，實現磁特性可通過電場進行有效調控的自旋閥器件，為新型自旋電子學器件提供新的設計思路及研究方法。
結題摘要
近年來隨著基於強自旋軌道耦合產生和操控純自旋流效應的發現，鐵磁/重金屬多層膜結構成為當前自旋電子學領域的研究熱點。相對於傳統的自旋極化電流，純自旋流不需要電荷的轉移，因此具有抑制磁性納米器件內熱擾動導致的噪音以及降低器件功耗等優勢，在自旋軌道轉矩-磁隨機存儲器，自旋霍爾納米振盪器等下一代信息存儲和信號處理器件領域具有廣泛的套用前景。 針對當前鐵磁/重金屬結構在自旋軌道電子器件中套用所面臨的挑戰，本研究主要從兩個方面對鐵磁/重金屬結構自旋相關性能進行了調控：一是獨闢蹊徑的採用磁性氧化物Fe3O4代替鐵磁金屬構建Fe3O4/重金屬多層膜結構，並對其磁化進動阻尼進行了系統的研究。二是利用薄膜生長過程中施加預應力的方式有效增強了Ta/Fe/Pt多層膜結構的有效自旋電荷轉換效率，為新一代自旋電子學器件的設計和套用提供了重要的實驗和理論基礎，具體結論如下： 1. 本項目發現改變退火溫度可以有效的對Fe3O4 薄膜的反相晶界密度進行調控，進而給出了 Fe3O4 薄膜自旋極化率隨著反相晶界密度減小而增加的直接實驗證據2. 通過鐵磁共振手段系統研究重金屬層 Au 對 Fe3O4 薄膜磁化動力學的影響規律，分析總結了出重金屬層 Au 對 Fe3O4 薄膜中各磁化動力學參數的作用機理。 3. 設計製備了一種 基於鐵磁/重金屬多層膜結構的柔性自旋軌道耦合器件，利用在器件生長過程中施加預應力的方式有效增強該體系的電荷-自旋轉換效率。 4.本項目還利用稀釋反鐵磁以及施加預應力等方式對鐵磁/反鐵磁體系的交換偏置場以及磁化動力學行為的影響進行了實驗和理論表征，並對其背後的物理機制進行了分析和討論。 總之，本項目系統開展了電場和應力作用下 Fe3O4/重金屬多層膜體系中 磁性能的變化規律研究，實現了磁化動力學以及電荷-自旋轉換效率的有效調控，有助於相關諮詢按電子學器件的套用。
