具有交换偏置多层膜中的自旋泵浦效应研究

论文摘要

纯自旋流是自旋角动量的定向输运。它是自旋电子学（Spintronics）中研究新物理效应的核心,也是在新一代磁性存储与处理器件中实现局域自旋（或磁矩）翻转的重要技术途径。可见,关于纯自旋流物理特性的研究、纯自旋流与材料相互作用的微观机制研究在自旋电子学中尤为重要。而自旋泵浦（Spin pumping）效应是产生纯自旋流的主流实验方法,且有效自旋混合电导率（?）用于表征Spin pumping效应中自旋流的注入效率。有效自旋混合电导率是由界面细节决定的本征量,目前（?）还没有清晰的物理图像。研究不同界面的（?）对理解其物理图像有着重要意义。所以本论文以具有交换偏置作用的铁磁/反铁磁（FM/AFM）界面为研究对象,通过自旋力矩-铁磁共振（ST-FMR）的方法研究该体系界面的有效自旋混合电导率以及自旋力矩（ST）效应,获得的主要创新性结论如下:1.发现（?）与AFM界面微观磁矩的取向有关,通过FM/AFM体系中的交换弹簧效应可实现对纯自旋流注入效率的调控。我们通过ST-FMR方法测量FM/AFM体系的阻尼因子,发现其阻尼因子存在着依赖于外磁场与交换偏置场夹角的各向异性。这是由于交换偏置作用在FM/AFM界面处引起的交换弹簧结构与自旋流相互作用导致的。而与阻尼因子关联的（?）也具有这种各向异性。如此,我们可通过外磁场方向调控界面处的交换弹簧结构来调节纯自旋流注入AFM层的效率。2.通过FM/AFM界面反铁磁钉扎实现对ST的细节调控。我们通过ST-FMR方法测量FM/AFM/NM体系的整流线型,并根据线型随角度的依赖关系研究了该体系中ST的特点。我们发现,该系统中不仅表现出类似于通常FeNi/Pt体系普遍存在的面内自旋极化产生的Damping-like torque,也出现了新颖的自旋极化方向沿z方向的Field-like torque和Damping-like torque。同时,我们还从实验上获得了这些ST的特点与交换偏置方向与大小的依赖关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   引言
•   1.1 自旋电子学
•     1.1.1 自旋电子学的发展与建立
•     1.1.2 自旋电子学的进展
•     1.1.3 自旋电子学的前沿
•   1.2 反铁磁自旋电子学
•     1.2.1 反铁磁自旋电子学的兴起
•     1.2.2 反铁磁自旋电子学的前沿
•   1.3 论文工作设计
• 第二章 相关理论与实验基础
•   引言
•   2.1 磁化强度动力学
•     2.1.1 Landau-Liftshitz-Gilbert方程
•     2.1.2 无阻尼进动
•     2.1.3 阻尼进动
•     2.1.4 考虑电流诱导的自旋轨道力矩的LLG方程
•   2.2 自旋泵浦效应
•     2.2.1 自旋泵浦效应产生纯自旋流
•     2.2.2 磁化强度动力学对自旋泵浦效应的描述
•   2.3 自旋整流效应的相关介绍
•     2.3.1 广义欧姆定律
•     2.3.2 整流中相关磁电阻的介绍
•   2.4 铁磁/反铁磁体系
•     2.4.1 交换偏置的诱导方法
•     2.4.2 交换偏置场
•     2.4.3 交换偏置场引起的交换弹簧结构
•     2.4.4 反铁磁中微观磁矩动力学的简单介绍
•   2.5 实验仪器介绍
•     2.5.1 磁控溅射
•     2.5.2 振动样品磁强计（VSM）
•     2.5.3 电测量系统
• 第三章 具有交换偏置的多层膜中阻尼的相关研究
•   引言
•   3.1 样品的制备
•   3.2 通过VSM表征交换偏置样品的基本磁学性质
•   3.3 通过ST-FMR表征交换偏置样品的阻尼因子
•     3.3.1 ST-FMR的测量
•     3.3.2 ST-FMR表征样品的阻尼因子
•     3.3.3 不同IrMn厚度样品的阻尼因子
•   3.4 结论与分析
•     3.4.1 样品的阻尼增量随交换偏置场的变化关系
•     3.4.2 理论分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 具有交换偏置多层膜中面内自旋整流线型的分析
•   引言
•   4.1 面内AMR整流理论
•     4.1.1 微波磁场对AMR整流线型的贡献
•     4.1.2 自旋霍尔效应对AMR整流线型的贡献
•   4.2 交换偏置场对面内AMR自旋整流线型的影响
•     4.2.1 交换偏置场对共振峰位置的影响
•     4.2.2 交换偏置场对AMR角度依赖关系的影响
•     4.2.3 AMR整流线型的定性分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘江全

导师: 范小龙

关键词: 交换偏置,各向异性,自旋整流

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 兰州大学

基金: 基金:国家自然科学基金项目

分类号: O469

总页数: 70

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