坡莫合金薄膜中条纹畴结构高频磁性的调控

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在现代科学技术中,电子元器件逐渐向薄膜化、微型化、高频化和集成化的方向发展,并且对于信息的处理速度和传输速度有着更高的要求。例如在第五代移动通信技术(5G)的大力发展中,随着元器件工作频率的提高,也就要求应用在其中的软磁薄膜在GHz频段有更高的共振频率。虽然具有单轴各向异性的软磁薄膜可以获得更高的共振频率,但是这种薄膜只对一个方向的微波场有强响应,当这种薄膜集成于微波器件后将不能再次被改变,应用受到限制。因此如何调控铁磁薄膜在宽频段多方位的微波响应依旧存在着很大的挑战。本论文中选用具有条纹畴结构的软磁薄膜,其铁磁共振频率可以通过外加磁场的方向进行调控。尽管有转动各向异性的条纹畴结构薄膜能够获得可调的共振频率,但在同一种共振模式下,其在各个方向上对微波场的响应都是一致的,也就是说具有条纹畴结构的软磁薄膜的高频磁性具有各向同性的特点。本论文的主要目标旨在研究如何进一步调控条纹畴软磁薄膜在不同方向的共振频率,此外还包含了条纹畴结构薄膜和铁磁双层膜的电学测量。主要内容如下:1、系统的研究了对条纹畴薄膜共振频率的调控。第四章通过微纳加工、斜溅射、磁场热处理等方法来获得一个有效的面内单轴各向异性场,以此来调控条纹畴薄膜的共振频率。即使在同一个共振模式下,薄膜在不同的方向上也有不同的微波响应。磁场热处理虽然并没有在坡莫薄膜中引入明显的面内各向异性,但其对薄膜的形貌、静态和动态性能都有比较大的影响。通过静电纺丝制备不同的取向排列的纳米线,通过纳米线引入的杂散场使得条纹畴结构变弱,从而增强薄膜的软磁性能。第五章分别选择了非金属氧化物SiO2、稀土元素Dy以及过渡金属Zr对条纹畴薄膜进行掺杂,结果显示:掺杂可以在小范围内对条纹畴薄膜的共振频率和阻尼因子进行调控。2、由于坡莫合金中的条纹畴结构会随着外加磁场而发生变化,从而影响薄膜的高频磁性的探测和分析。传统的自旋整流电压信号是通过扫磁场的方式测量得到的,然而这种方法不适用条纹畴结构。因此我们在第六章提出了扫频自旋整流效应(SRE)来测试条纹畴结构薄膜,继而分析样品的高频磁特性。此外,通过对交换偏置双层膜MnIr/NiFe的电压信号的测试,不仅从电压谱可以简便的得出其交换偏置场,同时也对这个体系共振和非共振的SRE信号进行分析,确定这两种效应分别来源于磁化反转和铁磁共振。接下来又研究了基于自旋霍尔效应的Py/Pt双层膜中的ST-FMR,随着Pt的厚度的增加,自旋泵浦效应越来越弱,从而导致双层膜的阻尼减小。后又在样品中通入正负DC电流产生的自旋流会引起一个类阻尼的力矩作用在磁化强度上,进而对体系的阻尼进一步的调控,通过共振线宽与DC电流的关系可以得出自旋流与电流之比Js /Jc
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