[發(fā)明專利]基于逆自旋霍爾效應的自旋電子天線陣列及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111048894B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設計）人: 金立川;李之儀;張岱南;饒毅恒;鐘智勇;李明明;白飛明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q15/24;H01Q21/06
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

1.一種基于逆自旋霍爾效應的自旋電子天線，其特征在于，所述自旋電子天線包括襯底，以及依次形成于襯底之上的磁性薄膜層和非磁性重金屬薄膜層，所述磁性薄膜施加外偏置磁場進行磁化，或者具有自偏置特性，以調節(jié)天線的工作頻率；所述襯底為釓鎵石榴石GGG單晶基片、Al₂O₃單晶基片或GaN半導體基片；所述磁性薄膜層為面內各向異性磁性絕緣體薄膜、面外各向異性的稀土摻雜石榴石薄膜、具有自偏置特性的鋇鐵氧體薄膜或者低阻尼因子的磁性金屬薄膜；

所述磁性薄膜層在電磁波的輻射下，磁矩發(fā)生一致或非一致進動，磁矩進動產生的自旋流進入非磁性重金屬薄膜層后，在垂直自旋流的方向上產生逆自旋霍爾電流，進而實現(xiàn)天線的功能；

感生的逆自旋霍爾電流的大小與非磁性重金屬薄膜層的厚度、自旋霍爾角大小、磁性薄膜層的飽和磁化強度有關，在非磁性重金屬薄膜層的厚度、自旋霍爾角大小、磁性薄膜層的飽和磁化強度確定的情況下，感生的逆自旋霍爾電流大小與電磁波的磁場強度有關，且與磁性薄膜中磁矩矢量與電磁波交變磁場分量的夾角有關；

所述自旋電子天線感生的逆自旋霍爾電流大小與電磁場功率成正比；在磁性薄膜中磁矩一致進動時，獲得的逆自旋霍爾電流最大。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于逆自旋霍爾效應的自旋電子天線，其特征在于，所述非磁性重金屬薄膜層為鉑金屬及其合金薄膜、或者鉭金屬及其合金薄膜、或者鎢金屬及其合金薄膜、或者鉍金屬及其合金薄膜。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于逆自旋霍爾效應的自旋電子天線，其特征在于，所述磁性薄膜層的厚度為1nm~2μm，所述非磁性重金屬薄膜層的厚度為1nm~50nm。

4.一種基于逆自旋霍爾效應的自旋電子天線陣列，其特征在于，所述自旋電子天線陣列包括多個陣列排布的權利要求1-3所述自旋電子天線單元以及單元間的電連接導體。

5.一種如權利要求4所述基于逆自旋霍爾效應的自旋電子天線陣列的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、在襯底基片上生長磁性薄膜層；

步驟2、采用薄膜沉積工藝，在所述磁性薄膜層上生長1nm~50nm厚的非磁性重金屬薄膜層，形成異質結構；

步驟3、采用微電子光刻工藝，對步驟2得到的異質結構進行光刻和刻蝕，在所述異質結構上制作出自旋電子天線陣列單元；

步驟4、對步驟3得到的結構進行光刻處理，在所述自旋電子天線單元間制備導電線將各天線單元級聯(lián)，即可得到所述自旋電子天線陣列。

6. 根據(jù)權利要求5所述的基于逆自旋霍爾效應的自旋電子天線陣列的制備方法，其特征在于，步驟2在磁性薄膜層上生長非磁性重金屬薄膜層的具體過程為：在10^-5 Pa量級的真空環(huán)境下，以5~80 SCCM的氬氣流量通入真空室，待氣壓穩(wěn)定后，背底真空度為0.1~0.8 Pa；在0.1~0.8 Pa的氣壓環(huán)境下，打開磁控濺射電源，以10~100 W的直流功率進行重金屬靶材的濺射；打開重金屬靶材的擋板，勻速旋轉長有磁性薄膜層的基片，到達設定的生長時間后，關閉濺射電源和重金屬靶材的擋板，制得磁性薄膜層和非磁性重金屬薄膜層異質結構。

7.根據(jù)權利要求5所述的基于逆自旋霍爾效應的自旋電子天線陣列的制備方法，其特征在于，步驟1在襯底基片上生長磁性薄膜層的具體過程為：在釓鎵石榴石GGG單晶基片上生長釔鐵石榴石Y₃Fe₅O₁₂薄膜，或者在釓鎵石榴石GGG單晶基片上生長面外各向異性的石榴石(TmBi)₃Fe₅O₁₂薄膜，或者在Al₂O₃單晶基片上生長具有自偏置的鋇鐵氧體薄膜，或者在GaN半導體基片上生長具有自偏置的鋇鐵氧體薄膜。