磁性外延纳米异质结中自旋相关输运行为的研究
发布时间：2021-05-12 16:58
自旋流输运相关现象是现代自旋电子学的核心研究内容。得益于自旋角动量的传输不依赖电荷流动的特性,凝聚态体系中的自旋流与电流相比可以有效降低伴生的焦耳热效应和奥斯特场。因此,在未来电子技术中以自旋作为载体进行信息的传递与存储有利于突破当下半导体电子学技术发展中面临的瓶颈。另一方面,具有外延异质结构的纳米磁性薄膜是研究自旋流输运的理想平台。外延异质结构材料具有明确的晶体取向和较少的晶体缺陷,特别是在厚度为纳米尺度的磁性薄膜的研究中,与无序度高且难以控制的多晶、非晶薄膜体系相比,基于外延体系的研究更有利于基础物理机制的阐明。本论文以磁性外延纳米异质结薄膜为载体,研究了其自旋相关输运行为及其物理机制,所涉及的材料体系包括金属和绝缘体,主要研究内容和结论如下:（1）研究了基于外延磁性绝缘体钆铁石榴石（Gd3Fe5O12,GdIG）的自旋霍尔磁电阻效应。GdIG的磁结构在其居里温度以下具有强烈的温度依赖性,特点是在远离其自发磁化消失的补偿温度时具有常见的线性磁结构,在补偿温度附近具有非线性磁结构。在线性磁结构温区,GdIG/Pt异质结的自旋霍尔磁电阻具有平凡的角度依赖关系,体系的自旋霍尔磁电阻主要来...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 绪论
2.1 自旋电子学简介
2.1.1 从传统磁学到自旋电子学
2.1.2 自旋电子学的产生与发展
2.1.3 自旋电子学应用举例
2.2 自旋电子学的一些基本现象
2.2.1 自旋流输运
2.2.2 自旋霍尔效应
2.2.3 自旋塞贝克效应
2.2.4 自旋霍尔磁电阻效应
3 材料制备与表征方法
3.1 薄膜制备与器件加工
3.1.1 脉冲激光沉积
3.1.2 磁控溅射
3.1.3 分子束外延
3.1.4 紫外曝光和氩离子刻蚀
3.2 样品结构和性能的表征
3.2.1 反射高能电子衍射
3.2.2 X射线衍射和X射线反射率
3.2.3 振动样品磁强计和超导量子干涉仪
3.2.4 磁光克尔测试系统
3.2.5 磁电输运测试系统
4 非共线铁磁绝缘体GdIG/Pt中自旋霍尔磁电阻
4.1 研究背景
4.2 研究体系——钆铁石榴石(GdIG)
4.3 实验方法
4.4 结果与讨论
4.4.1 GdIG外延薄膜的晶体结构表征
4.4.2 GdIG/Pt异质结自旋霍尔磁电阻随温度的变化
4.4.3 GdIG/Pt异质结自旋霍尔磁电阻随磁场强度的变化
4.5 本章小结
5 外延γ-Fe_2O_3/NiO体系自旋霍尔磁电阻的研究
5.1 研究背景
5.2 研究体系
5.3 实验方法
5.4 结果与讨论
5.4.1 γ-Fe_2O_3/NiO外延异质结的晶体结构表征
5.4.2 γ-Fe_2O_3/Pt异质结的自旋霍尔磁电阻
5.4.3 γ-Fe_2O_3/NiO/Pt异质结自旋霍尔磁电阻随NiO厚度的变化
5.4.4 γ-Fe_2O_3/NiO/Pt异质结自旋霍尔磁电阻随温度的变化
5.5 本章小结
6 Co基单晶外延异质结体系的自旋相关输运研究
6.1 背景介绍
6.2 研究体系
6.3 外延薄膜材料生长
6.4 单晶外延PtMn/Co体系的磁电输运研究
6.4.1 实验方法
6.4.2 结果与讨论
6.5 全单晶外延Pt/Co体系自旋霍尔效应研究
6.5.1 实验方法
6.5.2 结果与讨论
6.6 本章小结
7 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]过量B的Ta/CoFeB/MgO薄膜垂直各向异性和温度稳定性的增强[J]. 常远思,李刚,张颖,蔡建旺. 物理学报. 2017(01)
[2]磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构[J]. 张志东. 物理学报. 2015(06)
[3]COFeB/Pt多层膜的垂直磁各向异性研究[J]. 刘娜,王海,朱涛. 物理学报. 2012(16)
[4]自旋Seebeck效应简介[J]. 孟庆宇,赵宏武. 物理. 2011(11)
[5]自旋角动量转移效应的实验研究[J]. 姜勇. 物理学进展. 2008(03)
[6]超导量子干涉器（SQUID）原理及应用[J]. 倪小静,杨超云. 物理与工程. 2007(06)
本文编号：3183783
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 绪论
2.1 自旋电子学简介
2.1.1 从传统磁学到自旋电子学
2.1.2 自旋电子学的产生与发展
2.1.3 自旋电子学应用举例
2.2 自旋电子学的一些基本现象
2.2.1 自旋流输运
2.2.2 自旋霍尔效应
2.2.3 自旋塞贝克效应
2.2.4 自旋霍尔磁电阻效应
3 材料制备与表征方法
3.1 薄膜制备与器件加工
3.1.1 脉冲激光沉积
3.1.2 磁控溅射
3.1.3 分子束外延
3.1.4 紫外曝光和氩离子刻蚀
3.2 样品结构和性能的表征
3.2.1 反射高能电子衍射
3.2.2 X射线衍射和X射线反射率
3.2.3 振动样品磁强计和超导量子干涉仪
3.2.4 磁光克尔测试系统
3.2.5 磁电输运测试系统
4 非共线铁磁绝缘体GdIG/Pt中自旋霍尔磁电阻
4.1 研究背景
4.2 研究体系——钆铁石榴石(GdIG)
4.3 实验方法
4.4 结果与讨论
4.4.1 GdIG外延薄膜的晶体结构表征
4.4.2 GdIG/Pt异质结自旋霍尔磁电阻随温度的变化
4.4.3 GdIG/Pt异质结自旋霍尔磁电阻随磁场强度的变化
4.5 本章小结
5 外延γ-Fe_2O_3/NiO体系自旋霍尔磁电阻的研究
5.1 研究背景
5.2 研究体系
5.3 实验方法
5.4 结果与讨论
5.4.1 γ-Fe_2O_3/NiO外延异质结的晶体结构表征
5.4.2 γ-Fe_2O_3/Pt异质结的自旋霍尔磁电阻
5.4.3 γ-Fe_2O_3/NiO/Pt异质结自旋霍尔磁电阻随NiO厚度的变化
5.4.4 γ-Fe_2O_3/NiO/Pt异质结自旋霍尔磁电阻随温度的变化
5.5 本章小结
6 Co基单晶外延异质结体系的自旋相关输运研究
6.1 背景介绍
6.2 研究体系
6.3 外延薄膜材料生长
6.4 单晶外延PtMn/Co体系的磁电输运研究
6.4.1 实验方法
6.4.2 结果与讨论
6.5 全单晶外延Pt/Co体系自旋霍尔效应研究
6.5.1 实验方法
6.5.2 结果与讨论
6.6 本章小结
7 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]过量B的Ta/CoFeB/MgO薄膜垂直各向异性和温度稳定性的增强[J]. 常远思,李刚,张颖,蔡建旺. 物理学报. 2017(01)
[2]磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构[J]. 张志东. 物理学报. 2015(06)
[3]COFeB/Pt多层膜的垂直磁各向异性研究[J]. 刘娜,王海,朱涛. 物理学报. 2012(16)
[4]自旋Seebeck效应简介[J]. 孟庆宇,赵宏武. 物理. 2011(11)
[5]自旋角动量转移效应的实验研究[J]. 姜勇. 物理学进展. 2008(03)
[6]超导量子干涉器（SQUID）原理及应用[J]. 倪小静,杨超云. 物理与工程. 2007(06)
本文编号：3183783
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3183783.html
