[發明專利]一種測量磁隧道結自旋進動的裝置和方法

在審

• 申請號: 202011066549.2
• 申請日: 2020-10-01
• 公開（公告）號: CN112147551A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 楊杭福;黃霞妮;余能君;吳瓊;張朋越;葛洪良;徐靖才
• 申請（專利權）人: 楊杭福
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12;H01L43/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種測量磁隧道結自旋進動的裝置和方法，包括以下步驟：在MTJ中施加一個恒定的小電流，接著利用電流脈沖或者激光脈沖在自由層激發進動，所激發的自旋進動引起磁電阻的變化，從而產生一個高頻電壓信號，通過采樣示波器測量背景和高頻電壓信號，通過改變所加小電流的極性，對所測電壓信號求差值，去除背景信號，得到磁隧道結自旋進動所產生的電壓震蕩信號，本發明利用純電學的方法有效測量磁隧道結的自旋進動，方法簡單，能夠促進磁隧道結在自旋振蕩器中的應用和自旋電子學的發展。

技術領域

本發明涉及一種測量磁隧道結自旋進動的裝置和方法，屬于自旋電子學的基礎研究領域。

背景技術

20世紀90年代末以來，以原子自旋為敏感核心的原子自旋器件快速發展，并不斷革新前沿物理研究、民生民計和軍事國防等領域的發展。目前由于采用光學法直接自旋進動相對困難，研究和利用新的探測自旋進動的方法對于促進自旋電子學的發展。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用純電學的方法測量自旋進動的裝置和方法。

本發明的測量裝置及示意圖如圖1所示：

具體測量步驟如下：

1.本發明采用純電學的方法進行測量自旋進動包括以下步驟：首先在MTJ中加一個恒定的小電流±I_C，接著，利用電流脈沖或者激光脈沖在磁隧道結自由層激發自旋進動，所激發的自旋進動引起磁電阻的變化ΔR，從而產生一個高頻電壓信號±ΔV=±I_CΔR，該信號通過采樣示波器測量得到，通過改變所加小電流的極性，對所測電壓信號求差值，去除背景信號，并得到磁隧道結自旋進動所產生的電壓震蕩信號；

2．所使用的磁隧道結（MTJ）的結構主要包括：氧化鎂或者氧化鋁為絕緣層，CoFeB為磁性自由層和參考層，以CoFe為反鐵磁層，以及保護層和連接層，以Ru, Ta和 Cu的一層或多層作為保護層，以Cu, Ta和CuN的一層或多層作為連接層；

3．采用Keithley 2400在MTJ中施加一個直流電流±I_C，電流的大小為10 μA至300 μA；

4．所使用的電流脈沖的大小為1V至5V, 脈沖持續時間為5 ns，脈沖的間隔為60 ns;所述的激光為鈦紅寶石激光器或其他激光器激發的飛秒激光脈沖。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

（1）本發明利用純電學的方法有效測量磁隧道結的自旋進動，相比于利用光學法測量自旋進動，裝置更簡單，速度更快；

（2）本發明的應用能夠促進磁隧道結在自旋振蕩器中的應用和自旋電子學的發展。

附圖說明

圖1，上圖為磁隧道結自旋進動的測量方法及裝置示意圖，下圖為所加的電流脈沖。

圖2，測量得到的高頻自旋進動信號。

具體實施方式

下面結合具體實施方式及對比例對本發明作進一步闡述。

實施例1，以100 nm×200 nm的磁隧道結作為測量樣品為例，以圖1為測量裝置，Keithley 2400在MTJ中加一個恒定的小電流+50 μA，在磁隧道結兩端施加電流脈沖，電流脈沖的大小為5 V, 脈沖持續時間為5 ns，脈沖的間隔為60 ns，利用采樣示波器測量電壓信號V₁，接著在MTJ中加一個恒定的小電流-50 μA，施加同樣大小的電流信號，利用采樣示波器測量電壓信號V₂，最后通過對兩個電壓信號求差值V₁-V₂，得到高頻自旋進動信號，如圖2所示。