[發(fā)明專利]基于逆自旋霍爾效應(yīng)的自旋電子天線陣列及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911277481.X
• 申請(qǐng)日: 2019-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN111048894B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金立川;李之儀;張岱南;饒毅恒;鐘智勇;李明明;白飛明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q1/36
• 分類號(hào): H01Q1/36;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q15/24;H01Q21/06
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種基于逆自旋霍爾效應(yīng)的自旋電子天線陣列及其制備方法，屬于高頻電子信息設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。所述自旋電子天線陣列包括多個(gè)陣列排布的自旋電子天線單元以及單元間的電連接導(dǎo)體，所述自旋電子天線單元包括襯底，以及依次形成于襯底之上的低損耗磁性薄膜層和非磁性重金屬薄膜層組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述磁性薄膜應(yīng)施加外偏置磁場進(jìn)行磁化，或者具有自偏置特性，以調(diào)節(jié)天線的工作頻率。本發(fā)明自旋電子天線陣列，結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，易于在多種介質(zhì)基板上加工制作，接收電磁波頻率范圍很寬，可通過改變磁性材料種類實(shí)現(xiàn)MHz，數(shù)GHz至數(shù)百GHz頻段的電磁波接收，響應(yīng)速度在ns至ps量級(jí)，可廣泛應(yīng)用于5G通信，無線傳感網(wǎng)絡(luò)等電子信息系統(tǒng)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高頻電子信息設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于逆自旋霍爾效應(yīng)的自旋電子天線陣列及其制備方法。

背景技術(shù)

無線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進(jìn)行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，能量輻射也需要天線。隨著無線通信技術(shù)和應(yīng)用的高速發(fā)展，環(huán)境電磁波頻率越來越高，復(fù)雜的電磁波頻譜間干擾問題變得突出。人們需要價(jià)格低廉且集成度更高的天線來實(shí)現(xiàn)對(duì)空間電磁波信號(hào)的接收。此外，在一些通信組件和無線物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等應(yīng)用方面，天線也成為必不可少的核心器件，應(yīng)用數(shù)量極大。

傳統(tǒng)的接收天線將自由空間中傳輸?shù)碾姶挪ㄞD(zhuǎn)換為傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，是將空間電磁波能量轉(zhuǎn)換為電磁介質(zhì)上金屬導(dǎo)體中感生的高頻交變電流。且天線具有互易性，可接受電磁波亦可輻射電磁波。

目前，市面上的集成化天線多采用電介質(zhì)上的導(dǎo)電體構(gòu)成，核心利用的電介質(zhì)對(duì)高頻電磁場的響應(yīng)，在高電導(dǎo)率導(dǎo)體中感生高頻交變電流，傳統(tǒng)的集成化天線需要對(duì)天線電介質(zhì)基板的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率參數(shù)進(jìn)行選擇，對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證阻抗匹配，達(dá)到最優(yōu)的電磁波接收效果。通常理論復(fù)雜，仿真設(shè)計(jì)耗時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、具有普適性、測量頻譜范圍廣、集成度高、靈敏度高的基于逆自旋霍爾效應(yīng)的自旋電子天線及其陣列。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

基于逆自旋霍爾效應(yīng)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低損耗磁性薄膜層和非磁性重金屬薄膜層，所述磁性薄膜應(yīng)施加外偏置磁場進(jìn)行磁化，或者具有自偏置特性，以調(diào)節(jié)天線的工作頻率；

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(jìn)動(dòng)，由于存在自旋軌道耦合，磁矩進(jìn)動(dòng)的角動(dòng)量會(huì)傳遞給相鄰的非磁性重金屬的電子，即泵浦產(chǎn)生自旋流注入到所述非磁性重金屬薄膜層中，該自旋流在逆自旋霍爾效應(yīng)下產(chǎn)生垂直于自旋流方向的電荷流(直流)，該電荷流即是電磁波產(chǎn)生的逆自旋霍爾電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)天線的功能。

基于逆自旋霍爾效應(yīng)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(gè)陣列排布的自旋電子天線單元以及單元間的電連接導(dǎo)體，所述自旋電子天線單元包括襯底，以及依次形成于襯底之上的低損耗磁性薄膜層和非磁性重金屬薄膜層組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述磁性薄膜應(yīng)施加外偏置磁場進(jìn)行磁化，或者具有自偏置特性，以調(diào)節(jié)天線的工作頻率；

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(jìn)動(dòng)，由于存在自旋軌道耦合，磁矩進(jìn)動(dòng)的角動(dòng)量會(huì)傳遞給相鄰的非磁性重金屬的電子，即泵浦產(chǎn)生自旋流注入到所述非磁性重金屬薄膜層中，該自旋流在逆自旋霍爾效應(yīng)下產(chǎn)生垂直于自旋流方向的電荷流，該電荷流即是電磁波產(chǎn)生的逆自旋霍爾電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)天線的功能。

其中，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(qiáng)度有關(guān)，在上述參數(shù)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(qiáng)度有關(guān)，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(guān)。