在磁畴壁中传播的自旋波束缚态的探测原理
发布时间：2021-02-23 08:55
传统的CMOS器件工艺在历经几十年的发展后,现在已经进入了瓶颈期,低能耗与高集成度的矛盾限制了CMOS技术的进一步发展。而自旋波因其本身在磁性绝缘体材料的传播过程中没有焦耳热以及纳米尺度的波长范围等优良特性,在信息传输和数据处理等方面被给予了厚望。和电磁波类似,要引导自旋波的传播必须要有一个相应的磁结构,即自旋波波导。目前来看,用磁畴壁当作自旋波的波导是一个比较好的选择,其原因有下面两点:（1）磁畴壁相当于一个势阱,在频率合适的时候,自旋波会被束缚在里面传播,能耗较低;（2）磁畴壁仅需一个很小的外磁场就可以被移动,这个特性使得自旋波的操控更加方便。目前实验上对自旋波进行探测应用比较多的就是布里渊光散射技术（BLS）,但是这项技术也存在着一些缺陷,BLS基于精密的光学仪器,成本较高且占地面积很大,无法在磁畴壁外面探测磁畴壁里面自旋波的信息。而本文主要针对在磁畴壁中传播的自旋波,提出了一种对其频率和波矢进行探测的新方法。本文所要讲述的工作主要总的来说包含了下面的两个方向:一是通过理论计算自旋波之间three-magnon的非线性效应;二是通过微磁学模拟对我们提出的理论方案进行仿真与验证。论...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁振子学的概念图
榴石做的自旋波波导，下层是基底用来通电流当作输入。Scheneider 发现自旋波的相位与电流强度成正比[40]，所以他们选取一个与不加电流时自旋波相位差为π的电流当作输入。如图 1-2(c)所示，如果两个输入端同时处于关闭或者开启状态，即两个输入端的逻辑态为‘0’和‘0’或‘1’和‘1’，这时候，上下两个条带中自旋波的相位差为 0，两个自旋波会发生相干干涉，最后输出的自旋波幅度较大，即逻辑‘1’；如果一个输入端处于开启状态，一个输入端处于关闭状态，即两个输入端的逻辑态为‘1’和‘0’，这时候，上下两个条带中自旋波的相位差为π，发生相消干涉，最后输出的自旋波幅度较小，即逻辑‘0’。就在同一年，Lee 等人[41]提出了一种纳米尺度新型逻辑门器件，如图 1-2(b)所示，其中黄色部分是坡莫合金用来做自旋波波导，中间部分是一个导体用来通电流当作输入，他们用微磁模拟的方法验证了非门的逻辑，如图 1-2(d)所示，在中间导体不通入电流的时候，即输入是逻辑‘0’，这时候上下两个分支里面的自旋波仍然是同相位的，输出的逻辑态为‘1’； 在中间导体通入大小为2×1011A/m2电流的时候，即输入是逻辑‘1’，这时候上下两个分支里面的自旋波的相位是相反的，输出的逻辑态为‘0’。其他的逻辑，譬如或非门和与非门也被 Lee 等人用微磁学模拟进行了验证[41]。
用微磁学模拟的方法验证了他们的想法，并没有实验上的论证。在 2014 年，Vogt等人[42]在实验上构建了一个的 Y 型的样品，实现了在纳米尺度对自旋波的操控。如图 1-3(a)所示，Y 型结构的最上层是厚度为30nm，宽度为2μm的坡莫合金(Py)用来当作自旋波的波导；最下层是厚度为50nm，宽度为3μm的金(Au)，用来控制电流从最下层的金流向 Y 型结构的左边或者右边；同时为了防止电流直接流向磁性层，这里在坡莫合金和金中间加了一层50nm厚氧化镁(MgO)当作绝缘体；在 Y 型区域下方利用微波天线来产生自旋波。Vogt 等人在实验中发现，对于一个面内磁化的薄膜来说，当自旋波的波矢与平面内的磁矩方向垂直的时候，自旋波的速度最大，即自旋波更倾向于沿着与磁矩垂直的方向传播[42]。当不通入电流的时候，Y 型结构里面磁矩是沿着波导的方向分布的，而当我们给下面和左边分支或者右边分支通入电流的话，电流所产生的奥斯特场就会改变局部的磁矩分布，使其垂直于波导的方向，这样自旋波就会更倾向于沿着左边或者右边分支进行传播，如图 1-3(c)和(d)所示。而当关闭电流，只加一个横向的磁场的时候，Y 型结构里面的磁矩就会横向分布，这样只有下面的小部分是与自旋波的波矢垂直的，因此，自旋波的传播就会在 Y 型结构的交叉点处被抑制。
本文编号：3047328
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁振子学的概念图
榴石做的自旋波波导，下层是基底用来通电流当作输入。Scheneider 发现自旋波的相位与电流强度成正比[40]，所以他们选取一个与不加电流时自旋波相位差为π的电流当作输入。如图 1-2(c)所示，如果两个输入端同时处于关闭或者开启状态，即两个输入端的逻辑态为‘0’和‘0’或‘1’和‘1’，这时候，上下两个条带中自旋波的相位差为 0，两个自旋波会发生相干干涉，最后输出的自旋波幅度较大，即逻辑‘1’；如果一个输入端处于开启状态，一个输入端处于关闭状态，即两个输入端的逻辑态为‘1’和‘0’，这时候，上下两个条带中自旋波的相位差为π，发生相消干涉，最后输出的自旋波幅度较小，即逻辑‘0’。就在同一年，Lee 等人[41]提出了一种纳米尺度新型逻辑门器件，如图 1-2(b)所示，其中黄色部分是坡莫合金用来做自旋波波导，中间部分是一个导体用来通电流当作输入，他们用微磁模拟的方法验证了非门的逻辑，如图 1-2(d)所示，在中间导体不通入电流的时候，即输入是逻辑‘0’，这时候上下两个分支里面的自旋波仍然是同相位的，输出的逻辑态为‘1’； 在中间导体通入大小为2×1011A/m2电流的时候，即输入是逻辑‘1’，这时候上下两个分支里面的自旋波的相位是相反的，输出的逻辑态为‘0’。其他的逻辑，譬如或非门和与非门也被 Lee 等人用微磁学模拟进行了验证[41]。
用微磁学模拟的方法验证了他们的想法，并没有实验上的论证。在 2014 年，Vogt等人[42]在实验上构建了一个的 Y 型的样品，实现了在纳米尺度对自旋波的操控。如图 1-3(a)所示，Y 型结构的最上层是厚度为30nm，宽度为2μm的坡莫合金(Py)用来当作自旋波的波导；最下层是厚度为50nm，宽度为3μm的金(Au)，用来控制电流从最下层的金流向 Y 型结构的左边或者右边；同时为了防止电流直接流向磁性层，这里在坡莫合金和金中间加了一层50nm厚氧化镁(MgO)当作绝缘体；在 Y 型区域下方利用微波天线来产生自旋波。Vogt 等人在实验中发现，对于一个面内磁化的薄膜来说，当自旋波的波矢与平面内的磁矩方向垂直的时候，自旋波的速度最大，即自旋波更倾向于沿着与磁矩垂直的方向传播[42]。当不通入电流的时候，Y 型结构里面磁矩是沿着波导的方向分布的，而当我们给下面和左边分支或者右边分支通入电流的话，电流所产生的奥斯特场就会改变局部的磁矩分布，使其垂直于波导的方向，这样自旋波就会更倾向于沿着左边或者右边分支进行传播，如图 1-3(c)和(d)所示。而当关闭电流，只加一个横向的磁场的时候，Y 型结构里面的磁矩就会横向分布，这样只有下面的小部分是与自旋波的波矢垂直的，因此，自旋波的传播就会在 Y 型结构的交叉点处被抑制。
本文编号：3047328
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