[發明專利]一種提高磁振子擴散長度的方法

在審

• 申請號: 201711455802.1
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108123030A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 王拴虎;王建元;金克新;閆虹;張兆亭;王民
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01L43/14
• 分類號: H01L43/14;G01B7/02
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 楊鳳娟

本發明公開了一種提高磁振子擴散長度的方法，該方法首先通過脈沖激光沉積的方法在釓鎵石榴石襯底上生長了40nm的YIG，之后通過磁控濺射的方法在YIG上制備了條形Pt電極。通過聚焦激光束照射樣品表面，在被照射的部位會形成垂直樣品表面的溫度梯度。進而通過自旋塞貝克效應參數非平衡磁振子，非平衡磁振子通過面內進行擴散，當達到Pt電極時，會在Pt電極中產生逆自旋霍爾效應，進而產生電壓。通過改變光斑的位置，來探測Pt中的電壓，就可以探測到磁振子的擴散長度。本發明大大提高YIG磁振子的擴散長度。

技術領域

本發明屬于電子技術領域，涉及一種提高磁振子擴散長度的方法。

背景技術

傳統的電子器件，例如電阻、電容、電感、二極管、三極管、晶體管等等，通常只利用的電子的電荷屬性，這時電子的移動會與晶格相碰撞，引起晶格振動的加劇，從而引起溫度的升高，造成能量的浪費。如果利用電子另外一個屬性——自旋，有望來構建更高效的電子器件，它一經提出，就受到了人們的廣泛關注。自旋電子器件中的自旋流不同于以往的電荷流，它一個最主要的特點就是不需要電子的移動，這樣就大大降低了聲子對電子的散射，從而也降低了焦耳熱的產生，這對微觀器件的使用是非常有意義的，因為當器件降低到納米尺度時，由于材料電阻的增加，即使是金屬材料，都會具有很大的電阻。而自旋信息的傳遞不需要電子的移動，只需要自旋角動量的轉移即可實現，所以不局限于材料的導電性，因此可以從更廣的范圍去選取相關的材料。如果利用自旋屬性作為記憶單元的話，也具有很大的優點，因為對自旋方向的改變所需的能量較低，這對降低器件的功耗有重大的意義。

Y₃Fe₅O₁₂（YIG）作為一種室溫鐵磁絕緣體，是自旋電子器件一種非常重要的材料，它內部的阻尼小，因此磁振子的擴散長度是目前發現的材料中最長的，然而即便是在YIG中，磁振子擴散長度只有幾微米，對于實際的應用還需要極大的提高，據國外一些期刊報到，目前通過實驗測得的磁振子擴散長度通常在幾微米左右，提高磁振子的擴散距離無疑對自旋電子學器件性能的提高有著重大的意義。

發明內容

本發明的目的在于，提出了一種提高磁振子擴散長度的方法，該方法將通過激光來改變YIG中的電子組態，從而改變YIG磁振子的色散關系，使得磁振子軟化，從而增加磁振子的擴散長度，能夠使磁振子擴散長度可以達到幾百微米。

其技術方案如下：

一種提高磁振子擴散長度的方法，包括以下步驟：

首先通過脈沖激光沉積的方法在釓鎵石榴石襯底上生長了40nm的YIG，厚度通過對X射線小角衍射的結果進行擬合后得到，之后通過磁控濺射的方法在YIG上制備了條形Pt電極。通過聚焦激光束照射樣品表面，激光通過透鏡進行聚焦，光斑面積通過紅外微距攝像頭來測試，其直徑為20μm。在被照射的部位會形成垂直樣品表面的溫度梯度。進而通過自旋塞貝克效應產生非平衡磁振子，非平衡磁振子通過面內進行擴散，當達到Pt電極時，會在Pt電極中產生逆自旋霍爾效應，進而產生電壓。通過改變光斑的位置，來探測Pt中的電壓，其電壓是隨光斑與Pt電極之間的距離呈指數衰減的，通過以下公式擬合電壓與距離的關系，就可以探測到磁振子的擴散長度。

V_ISHE=V_oexp(-x/ξ)

其中V_ISHE即為逆自旋霍爾效應電壓，V₀為歸一化常數，x為電極與光斑的距離，ξ為磁振子的擴散長度。整個實驗在常溫常壓下進行。

本發明的有益效果為：

本發明將通過激光來改變YIG中的電子組態，從而改變YIG磁振子的色散關系，使得磁振子軟化，從而增加磁振子的擴散長度，能夠使磁振子擴散長度可以達到幾百微米，大大提高YIG磁振子的擴散長度。

附圖說明

圖1磁控濺射的方法的實驗裝置；