【摘 要】
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电子有两个属性:电荷和自旋。在之前的几十年,基于电子电荷属性的传统微电子学蓬勃发展,但其存在着功耗高,集成度低的问题。为了解决这些问题,人们把目光转向电子的另一个属
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电子有两个属性:电荷和自旋。在之前的几十年,基于电子电荷属性的传统微电子学蓬勃发展,但其存在着功耗高,集成度低的问题。为了解决这些问题,人们把目光转向电子的另一个属性,即自旋。自1988年在磁性多层膜中发现巨磁阻(GMR)效应以来,出现了一个基于电子自旋属性的新兴的物理学和技术分支--自旋电子学。与传统的半导体器件相比,在基于电荷的电子设备中增加自旋自由度或单独操控自旋会增添很多优势:非易失性,高速度,低功耗以及高集成密度。在自旋电子学中,电子的自旋和电荷属性同时被操纵。为了将自旋引入基于电子电荷属性半导体技术中,自旋流的有效注入,传输,控制和操纵以及检测等十分重要。在最近实验中,研究者们通常利用自旋霍尔效应,自旋泵浦,光激发,自旋塞贝克等进行自旋流注入。在自旋流注入实验中用到的所有铁磁性材料中,Y3Fe5O12(YIG)作为一个亚铁磁绝缘体材料,由于其阻尼小,电绝缘性能好,居里温度高,化学稳定性高等特点,能够大大减少了电子器件的焦耳热,具有巨大的应用潜力。关于对自旋流的检测,研究者通常采用非磁重金属(例Pt,W、Ta等),通过逆自旋霍尔效应将自旋流转换为可探测的电流。本论文的工作之一就是钇铁石榴石型铁磁绝缘体靶材的制备以及其单晶薄膜的生长。在烧制靶材过程中我们利用硝酸融合烧结法,与传统的固相反应的方法相比,这种方法可以让原料Y203,Fe2O3在烧结过程中充分混合,提高了靶材纯度。经过预烧结,高温烧结成功地烧制出高纯度两英寸YIG圆柱形靶材。我们利用XRD衍射和AGM分别对靶材粉末的微观结构和磁性能进行了测试。以此为基础,我们利用自主烧结的靶材通过磁控溅射技术在GGG衬底上制备YIG薄膜,通过AGM,XRD和铁磁共振测量系统对生长出来的薄膜进行表征。本文的另外一项工作是制备YIG/Pt/NiFe/IrMn磁性多层结构,并在其中观察到纯自旋流铁磁性非共线自旋阀效应。在这种结构中,通过逆自旋霍尔效应测量得到的电压取决于NiFe层的磁化状态(饱和或不饱和),这样就产生了类似自旋阀的行为。我们认为这种效应的产生是由于NiFe层不同磁化状态下Pt/NiFe界面自旋透过性不同。我们发现逆自旋霍尔电压幅值的变化高达120%。并且,我们证明了此种自旋阀效应的可靠性和稳定性,并确定其来源。总之,我们最后提供了一种基于纯自旋流的铁磁性非共线自旋阀。
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