[發明專利]一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201710321593.5
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107119261B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 金立川;張懷武;李明明;饒毅恒;唐曉莉;鐘智勇;楊青慧;李頡;廖宇龍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/18;H01L43/10;H01L43/06
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司 11514
• 代理人: 孟凡臣

一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料，包括鐵磁性基片，所述鐵磁性基片采用釔鐵石榴石材質基片或鎳鐵材質基片；以及鉍鉑合金薄膜，所述鉍鉑合金薄膜使用鉑金靶材上貼高純鉍金屬薄片或者鉍鉑Bi_xPt_100?x靶材的方式控制鉍的含量在2％?20％之間、采用真空磁控濺射生長于所述鐵磁性基片表面而得到的納米級厚度的鉍鉑合金薄膜。本發明同時涉及該合金薄膜材料的制備方法和用途。本發明自旋流的產生效率增加了，同時降低了材料成本。

技術領域

本發明涉及自旋電子新材料技術領域，具體涉及一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料及其制備方法和用途。

背景技術

隨著信息技術的高速發展，傳統的電子器件由于存在電流焦耳熱，電子器件的小型化和低功耗面領著嚴峻的瓶頸。電子自旋是電子除電荷之外的另一個屬性，可被用來傳輸和處理信息，即誕生了自旋電子學(Spintronics)。自旋電子傳輸信息具有極低的功耗，甚至可以完成量子信息的處理和存儲，是構建量子信息芯片的理想媒質。自旋霍爾效應(Spin Hall Effect)是在自旋軌道耦合作用下，施加橫向電流作用下產生縱向的自旋流的效應，自旋流可以不伴隨著電荷的移動，實現無耗散過程，使得樣品不產生焦耳熱。相反地，逆自旋霍爾效應(Inverse Spin Hall Effect)是指自旋流轉換為電流的過程，可以用來測試自旋流的大小。自旋霍爾效應的強弱體現為電流與自旋流轉換效率的大小，這個轉換效率人們用自旋霍爾角(θ_SH)表示。當前，自旋霍爾效應研究通常在磁性介質/非磁性重金屬異質結體系，然而單一的非磁性重金屬的自旋霍爾效應都較弱，最常用的重金屬鉑(Pt)自旋霍爾角在0.15左右，最大的自旋霍爾角重金屬材料是銅鉍(CuBi)合金，可達0.24。然而，都無法滿足獲得更強自旋霍爾效應的材料緊迫需求，有人在拓撲絕緣體材料中獲得了大于1的自旋霍爾角材料，但是該材料生長工藝十分復雜，通常需要超高真空的分子束外延系統制備，無法實現大規模的制備和應用。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料及其制備方法和用途，以在提高材料自旋霍爾角的前提下降低材料的生產成本。

第一方面，本發明提供的一種巨自旋霍爾效應合金薄膜材料，該材料包括

鐵磁性基片，

和利用物理氣相沉積技術處理在所述鐵磁性基片表面的納米厚度的鉍鉑合金薄膜，所述鉍鉑合金薄膜的組分為Bi_xPt_100-x，且x＝2-20。也就是說，所述的Bi_xPt_100-x薄膜的Bi摩爾比組分在2％-20％之間。

該材料的自旋霍爾角度大于0.23。

本發明中，作為一種優選的技術方案，鐵磁性基片為釔鐵石榴石(YIG)材質基片或鎳鐵(NiFe)材質基片。

本發明中，作為一種優選的技術方案，所述鉍鉑合金薄膜采用真空磁控濺射生長的方式處理在所述鐵磁性基片表面。

本發明中，作為一種優選的技術方案，所述鉍鉑合金薄膜的厚度為1-50nm。

本發明中，作為一種優選的技術方案，所述巨自旋霍爾效應合金薄膜材料包括

鐵磁性基片，所述鐵磁性基片采用釔鐵石榴石(YIG)材質基片或鎳鐵(NiFe)材質基片；

以及鉍鉑合金薄膜，所述鉍鉑合金薄膜使用鉑金靶材上貼高純鉍金屬薄片或者鉍鉑Bi_xPt_100-x靶材的方式控制鉍的含量，采用真空磁控濺射生長于所述鐵磁性基片表面的納米級厚度的鉍鉑(BiPt)合金薄膜。

通過自旋泵浦產生自旋流并注入到鉍鉑合金薄膜中，測試反自旋霍爾電壓(VISHE)，得到巨自旋霍爾效應的鉍鉑合金薄膜。