《NM1/FM/NM2結構中自旋泵-逆自旋霍爾效應研究》是依託電子科技大學,由彭斌擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：NM1/FM/NM2結構中自旋泵-逆自旋霍爾效應研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭斌
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目提出並研究非磁性金屬1/鐵磁/非磁性金屬2多層膜結構（NM1/FM/NM2）中的自旋泵-逆自旋霍爾效應。首先採用一種微帶夾具以及鎖相技術搭建寬頻測試平台，同時將鐵磁薄膜中異常霍爾效應以及各向異性磁阻效應產生的自旋整流電壓納入到逆自旋霍爾效應的計算模型中，建立起自旋泵-逆自旋霍爾效應的準確測試方法。然後在此基礎上，以微波磁場感測器作為套用背景，以NM1/FM/NM2結構為研究對象，最佳化選擇不同鐵磁和非磁金屬材料，構建各種可調控的FM/NM界面，以研究不同鐵磁材料特性、界面特性對自旋泵-逆自旋霍爾效應的影響規律，並探索其影響機制。通過本項目的研究，將澄清FM/NM結構在鐵磁共振情形下各種物理效應的貢獻，探索影響自旋泵效率的各種機制，設計並製備出自旋流轉換效率高和逆自旋霍爾電壓大的NM1/FM/NM2結構，為設計和開發基於自旋泵-逆自旋霍爾效應的新型微波磁場感測器提供理論依據。
結題摘要
本項目針對鐵磁/非磁性導電層結構中的自旋泵-逆自旋霍爾效應開展研究，建立了自旋整流效應和逆自旋霍爾效應測試平台，研究了自旋整流電壓和逆自旋霍爾電壓的分離方法，建立了可靠的自旋泵-逆自旋霍爾效應測試方法。在此基礎上，重點研究了鐵磁材料、非磁性金屬材料以及界面特性對自旋泵-逆自旋霍爾效應的影響規律，探索了影響自旋流產生和注入效率的各種因素，還研究了自旋注入到導電氧化物中產生的自旋相關效應，基於這些研究結果設計了多條薄膜串聯結構的微波感測器，探討了微波功率和輸出信號大小的關係。 項目研究獲得的重要結果如下：（1）發明了翻轉測試法，實現了逆自旋霍爾效應和自旋整流效應的有效分離。針對測試信號中既有ISHE信號，又有SRE信號，且難以有效分離的難題，發明了翻轉樣品法實現了ISHE和SRE電壓信號的有效分離。該方法是一種快捷的通用測試方法，可以廣泛地在自旋輸運測試中得到套用。（2）發現了超細FM/NM薄膜中只存在純淨的逆自旋霍爾電壓。研究發現，如果薄膜線條的寬度足夠小，在特定的測試角度下，此時FM/NM薄膜內沒有自旋整流效應，只有純淨的逆自旋霍爾電壓。該發現為研究單純的逆自旋霍爾效應提供了很好的方法。（3）發現了鐵磁薄膜電阻率與阻尼係數、自旋混合電導的關聯。研究發現NiFe阻尼係數隨著薄膜電阻率的增加而增加，這表明電子散射是鐵磁共振線寬展寬的一個主要原因。還發現NiFe/Ta的自旋混合電導和NiFe薄膜的電阻率無關。該研究有助於進一步探討自旋擴散和電子擴散之間的關聯關係，深入理解自旋的傳輸，反射等基礎問題。（4）發現自旋注入到導電氧化物表面，可產生IREE電壓。將自旋注入到低能離子束轟擊後的STO和TiO2的導電錶層，利用氧化物導電錶面形成的電場梯度所引起的Rashba效應實現了自旋流與電荷流轉換。通過對摻雜STO的自旋輸運測試，獲得了摻雜氧化物中非內稟機制導致的逆自旋霍爾效應。該結果為研究基於氧化物的自旋電子學提供了新的材料和新方法選擇，拓展了自旋電子材料的範圍。
