铯原子的自旋噪声谱研究
发布时间：2021-03-30 16:30
伴随着存储技术的革新与发展,基于自旋信息调控和操纵的自旋电子学已成为研究热点之一。自旋电子学作为多学科相互交叉的研究学科,不仅丰富了物理学研究内容,并且推动了自旋电子器件的发展。基于磁性材料的自旋磁随机存储以及原子系综的量子存储都是非常重要的研究内容。通过对材料自旋动力学研究可以得到其内在的自旋信息,更有利于自旋的调控,也是存储设备革新和研发的基础。自旋电子学中比较常用的两种探测技术是泵浦-探测技术和自旋噪声谱技术,它们对自旋动力学研究各有优势。泵浦-探测技术更侧重于超短时间尺度上的自旋动力学研究,而自旋噪声谱技术更侧重于本征的自旋动力学研究。本文通过两种探测技术分别研究了铁磁薄膜（CoFeB/MgO薄膜）和铯原子系综的自旋动力学过程。主要的研究内容如下:（1）描述了磁光法拉第效应超快泵浦-探测平台,可适用于高空间分辨下的铁磁系统的自旋动力学研究。光学恒温室中的三维纳米平移台,配合光学成像,可以满足小尺寸以及不同温度（4 K至350 K）需要的铁磁性材料的超快自旋动力学的研究。另外,在1 nm厚的垂直磁各向异性CoFeB/MgO薄膜上进行完整的测试,发现了其超快退磁以及磁矩进动过程。并...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁光法拉第效应（右）以及磁光克尔效应（左）的示意图
第二章铁磁薄膜的超快自旋动力学研究7nnkkkdFFF~~Im211110（2.14）因此，复法拉第旋转角为：nnnnnniFFF~~~~~~~22（2.15）在磁光克尔/法拉第效应基础上，添加一束泵浦光激发样品至非平衡态，用另一束具有相对时间延时的线偏振探测光测量经过样品反射/透射后偏振面的转角，旋转角变化表示样品磁矩的大小变化，因此得到磁矩随时间的变化过程，即为时间分辨的磁光克尔/法拉第旋转。2.3测量系统的搭建图2.2：基于时间分辨克尔旋转的超快泵浦-探测系统。时间分辨法拉第旋转或时间分辨克尔旋转两种重要的泵浦-探测技术，都可以用于铁磁薄膜的超快自旋动力学研究。在系统的优化过程中，为了尽可能提高入射到样品上两束光的时间分辨，我们使
第二章铁磁薄膜的超快自旋动力学研究9使用高精度线性平台（Delayline）改变探测光相对于泵浦光的光程差，它长1.2m，允许相对延迟时间Δt在8ns的范围内改变。经50:50分束器后共线的泵浦和探测光经一对位于光学恒温室内f=7.5mm，NA=0.4的消色差透镜组聚焦在样品表面并透射还原为准直光束。透射光经过半波片使沃拉斯顿棱镜分出s态和p态偏振光的直流分量相当，其中泵浦光被滤波片过滤，只有探测光经透镜聚焦到平衡光桥探测器的两个光电二极管中。泵浦光和探测光通过斩波器产生10kHz和80Hz的强度调整。基于双重锁相调制技术以及平衡光桥的高增益低噪声探测技术，得到高信噪比的法拉第信号，可以直接反应样品在入射光方向的磁矩大校对于光学恒温室内设计，样品用低温胶固定在可任意旋转角度的样品托上，其中样品托需人为旋转并观测，不可避免的带入人为误差。在恒温室两侧固定有一对磁极可施加横向磁场范围-650mT~650mT，通过旋转样品托角度可实现固定方向磁场下样品与外磁场的夹角变化。我们的光学恒温室中配备三维纳米平移台，配合光学成像系统，可以精确的找到待测的样品区域，同时可实现对样品区域微米精度的逐点扫描测量，得到区域性的磁性分布情况。如图2.3（b）所示，能够得到时间分辨的法拉第旋转，同样也表示磁矩的变化过程，可以直观的观测到超快退磁发生在ps量级。同时旋转泵浦光路的扫描阵镜并结合4f透镜组，可以改变泵浦光和探测光的相对位置，得到空间分辨的法拉第旋转如图2.3（c）所示。2.4超快退磁及磁矩进动过程图2.4:Ni薄膜（20nm）在飞秒泵浦光脉冲作用下的瞬态纵向剩磁磁光克尔信号[29]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微米气室铯原子自旋噪声谱[J]. 郭志超,张桐耀,张靖. 物理学报. 2020(03)
[2]CoFeB/MgO铁磁薄膜超快自旋动力学的微区测量[J]. 李艳旭,张桐耀,郭志超,何为,陈院森,张靖. 山西大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]自旋电子学研究的现状与趋势[J]. 于笑潇,资剑,王兵,陈卓敏. 科技中国. 2018(05)
[4]铷原子气体自旋噪声谱的测量与改进[J]. 尚雅轩,马健,史平,钱轩,李伟,姬扬. 物理学报. 2018(08)
[5]多参数可调高速自旋噪声谱仪[J]. 李晨,丁畅,张桐耀,曹丹华,吴裕斌,陈院森. 量子光学学报. 2017(03)
[6]热原子气室中正交分量存储的实验研究[J]. 田龙,李淑静,王海. 山西大学学报(自然科学版). 2017(02)
[7]铷原子气体自旋噪声谱测量的信噪比分析[J]. 史平,马健,钱轩,姬扬,李伟. 物理学报. 2017(01)
[8]Spin noise spectroscopy of rubidium atomic gas under resonant and non-resonant conditions[J]. 马健,史平,钱轩,李伟,姬扬. Chinese Physics B. 2016(11)
[9]85Rb热原子系综中Raman相干存储的实验研究[J]. 孟祥栋,田龙,张志英,闫智辉,李淑静,王海. 量子光学学报. 2012(04)
本文编号：3109798
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁光法拉第效应（右）以及磁光克尔效应（左）的示意图
第二章铁磁薄膜的超快自旋动力学研究7nnkkkdFFF~~Im211110（2.14）因此，复法拉第旋转角为：nnnnnniFFF~~~~~~~22（2.15）在磁光克尔/法拉第效应基础上，添加一束泵浦光激发样品至非平衡态，用另一束具有相对时间延时的线偏振探测光测量经过样品反射/透射后偏振面的转角，旋转角变化表示样品磁矩的大小变化，因此得到磁矩随时间的变化过程，即为时间分辨的磁光克尔/法拉第旋转。2.3测量系统的搭建图2.2：基于时间分辨克尔旋转的超快泵浦-探测系统。时间分辨法拉第旋转或时间分辨克尔旋转两种重要的泵浦-探测技术，都可以用于铁磁薄膜的超快自旋动力学研究。在系统的优化过程中，为了尽可能提高入射到样品上两束光的时间分辨，我们使
第二章铁磁薄膜的超快自旋动力学研究9使用高精度线性平台（Delayline）改变探测光相对于泵浦光的光程差，它长1.2m，允许相对延迟时间Δt在8ns的范围内改变。经50:50分束器后共线的泵浦和探测光经一对位于光学恒温室内f=7.5mm，NA=0.4的消色差透镜组聚焦在样品表面并透射还原为准直光束。透射光经过半波片使沃拉斯顿棱镜分出s态和p态偏振光的直流分量相当，其中泵浦光被滤波片过滤，只有探测光经透镜聚焦到平衡光桥探测器的两个光电二极管中。泵浦光和探测光通过斩波器产生10kHz和80Hz的强度调整。基于双重锁相调制技术以及平衡光桥的高增益低噪声探测技术，得到高信噪比的法拉第信号，可以直接反应样品在入射光方向的磁矩大校对于光学恒温室内设计，样品用低温胶固定在可任意旋转角度的样品托上，其中样品托需人为旋转并观测，不可避免的带入人为误差。在恒温室两侧固定有一对磁极可施加横向磁场范围-650mT~650mT，通过旋转样品托角度可实现固定方向磁场下样品与外磁场的夹角变化。我们的光学恒温室中配备三维纳米平移台，配合光学成像系统，可以精确的找到待测的样品区域，同时可实现对样品区域微米精度的逐点扫描测量，得到区域性的磁性分布情况。如图2.3（b）所示，能够得到时间分辨的法拉第旋转，同样也表示磁矩的变化过程，可以直观的观测到超快退磁发生在ps量级。同时旋转泵浦光路的扫描阵镜并结合4f透镜组，可以改变泵浦光和探测光的相对位置，得到空间分辨的法拉第旋转如图2.3（c）所示。2.4超快退磁及磁矩进动过程图2.4:Ni薄膜（20nm）在飞秒泵浦光脉冲作用下的瞬态纵向剩磁磁光克尔信号[29]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微米气室铯原子自旋噪声谱[J]. 郭志超,张桐耀,张靖. 物理学报. 2020(03)
[2]CoFeB/MgO铁磁薄膜超快自旋动力学的微区测量[J]. 李艳旭,张桐耀,郭志超,何为,陈院森,张靖. 山西大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]自旋电子学研究的现状与趋势[J]. 于笑潇,资剑,王兵,陈卓敏. 科技中国. 2018(05)
[4]铷原子气体自旋噪声谱的测量与改进[J]. 尚雅轩,马健,史平,钱轩,李伟,姬扬. 物理学报. 2018(08)
[5]多参数可调高速自旋噪声谱仪[J]. 李晨,丁畅,张桐耀,曹丹华,吴裕斌,陈院森. 量子光学学报. 2017(03)
[6]热原子气室中正交分量存储的实验研究[J]. 田龙,李淑静,王海. 山西大学学报(自然科学版). 2017(02)
[7]铷原子气体自旋噪声谱测量的信噪比分析[J]. 史平,马健,钱轩,姬扬,李伟. 物理学报. 2017(01)
[8]Spin noise spectroscopy of rubidium atomic gas under resonant and non-resonant conditions[J]. 马健,史平,钱轩,李伟,姬扬. Chinese Physics B. 2016(11)
[9]85Rb热原子系综中Raman相干存储的实验研究[J]. 孟祥栋,田龙,张志英,闫智辉,李淑静,王海. 量子光学学报. 2012(04)
本文编号：3109798
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/3109798.html
