亚铁磁薄膜异质结生长及自旋波传输与调控研究
发布时间：2020-12-28 19:11
为实现下一代通信系统（5G/6G）的片上集成和直接微波段信号处理,自旋波薄膜晶圆、自旋波片上集成器件、自旋波的传输与调控机制研究成为当今世界上关注热点之一。本文基于国家重大研究计划项目及课题的研究内容与目标,探索了液相外延法生长超低损耗磁性石榴石薄膜晶圆技术,设计并制备出磁绝缘体/重金属自旋异质结,设计了带有激发/接收薄膜微带天线的YIG自旋波传输器件,探索了逆自旋霍尔效应,搭建了铁磁共振线宽测试、逆自旋霍尔效应测试系统、自旋波测试系统并发现了几个自旋波新效应,研究了自旋波在磁性绝缘体中的输运机制并成功制备成自旋波器件。尤其是深入研究了亚微米级到纳米级钇铁石榴石薄膜外延生长技术以及磁特性调控方法,突破了超低损耗磁性薄膜的铁磁共振微带波导高精度测量技术瓶颈,探讨了自旋波激发探测天线技术以及用于传输前向体波,并制备具有面外各向异性的低损耗薄膜与器件等。具体如下:1)为了实现超低磁损耗和器件集成化,首先研究了亚微米级自旋波单晶YIG薄膜调控外延生长,利用液相外延技术制备了厚度在100 nm-1000 nm的纯YIG和掺杂La:YIG薄膜。通过与厚度相关的静磁特性比较给出了以下结论:其一是纯Y...
【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】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
自旋波传输模式以及对应色散曲线
第一章绪论7侧边刻蚀的周期性波导结构，如图1-2（c）所示，通过微磁学仿真揭示了磁振子晶体产生自旋波禁带的物理机理。如图1-2（d）的结构，是对YIG薄膜进行周期性刻槽形成的磁振子晶体结构，不同的是此文研究了后向体波的能带特点。（a）（b）（c）（d）图1-2磁振子晶体结构。（a）周期性Ms磁振子晶体；（b）可调光栅热致磁振子晶体；（c）周期性波导磁振子晶体；（d）周期性刻蚀槽磁振子晶体1.2.3自旋短波以及畴壁传输自旋波短波长自旋波和畴壁传输自旋波是自旋波研究中的难点，其对器件制备工艺，新材料和测试技术都提出了更高的要求。与自旋长波一样，最方便的自旋波激发方式是利用非均匀微波场，通过超窄共面波导或微带线激发短波长自旋波。2016年M.Krawczy等人制备的200nm波导线宽激发波长370nm的自旋波[36]，但是窄的金属线宽会带来较大的电阻会影响微波的阻抗匹配，导致信号衰减和反射，极大影响测量结果。近几年有利用自旋转移矩来激发短波长自旋波[37-41]，用STT激发自旋波主要问题在于较大的翻转磁矩电流阈值，使得器件功耗较大，并且在调节自旋波强度的过程中会遇到频率移动的问题。磁涡旋态也可以激发短波长自旋波，在反铁磁耦合双层膜系统中利用磁涡旋态激发了波长125nm自旋波[42]。磁畴、畴壁传输自旋波是近两年另外一个研究热点，磁畴可以看成是自发形成的自旋波波导，磁畴包括畴和畴壁两部分组成[43,44]，畴和畴壁都可以作为自旋波传
第一章绪论9导恰好满足了集成结构的平面化特点。而小型化的共面波导技术极大的提高了自旋波波矢k和波矢k范围Δk[66,67]，与此同时YIG超薄膜技术的成熟使得自旋波研究出现一股热潮[68,69]。（a）（b）（c）图1-3自旋波微波测量技术。（a）共面波导天线激发与探测；（b）微波探头自旋波探测；（c）非接触自旋波天线激发1.3.2自旋波光激发探测技术光子作为电磁波的量子，与自旋波之间存在耦合作用，同时光的热效应也能成为自旋波激发的原因之一。光激发自旋波[70,71]的主要方式就是利用飞秒激光的热效应和非热效应引发局域磁矩的翻转带来自旋波激发，光探测技术主要有两种，一种是布里渊光散射技术，如图1-4（a）所示，另外一种是时间分辨磁光克尔效应（Time-ResolvedMagneto-OpticalKerrEffect，TR-MOKE）[49,72]。其中最受欢迎的自旋波探测技术是布里渊光散射仪[73,74]。布里渊光散射仪的物理基础是磁振子引起的非弹性光子散射。通过分析入射到样品上的探测光束的散射光，确定散射光子的频率和波数，其中散射光子的强度与自旋波的强度成正比。BLS探测技术通常与微波激发技术相结合，经过多年的发展成为较为成熟的探测技术，其空间分辨率可达250nm，并且时间分辨，相位分辨，波数分辨的技术已经实现[75-79]。TR-MOKE是基于磁光
本文编号：2944260
【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】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
自旋波传输模式以及对应色散曲线
第一章绪论7侧边刻蚀的周期性波导结构，如图1-2（c）所示，通过微磁学仿真揭示了磁振子晶体产生自旋波禁带的物理机理。如图1-2（d）的结构，是对YIG薄膜进行周期性刻槽形成的磁振子晶体结构，不同的是此文研究了后向体波的能带特点。（a）（b）（c）（d）图1-2磁振子晶体结构。（a）周期性Ms磁振子晶体；（b）可调光栅热致磁振子晶体；（c）周期性波导磁振子晶体；（d）周期性刻蚀槽磁振子晶体1.2.3自旋短波以及畴壁传输自旋波短波长自旋波和畴壁传输自旋波是自旋波研究中的难点，其对器件制备工艺，新材料和测试技术都提出了更高的要求。与自旋长波一样，最方便的自旋波激发方式是利用非均匀微波场，通过超窄共面波导或微带线激发短波长自旋波。2016年M.Krawczy等人制备的200nm波导线宽激发波长370nm的自旋波[36]，但是窄的金属线宽会带来较大的电阻会影响微波的阻抗匹配，导致信号衰减和反射，极大影响测量结果。近几年有利用自旋转移矩来激发短波长自旋波[37-41]，用STT激发自旋波主要问题在于较大的翻转磁矩电流阈值，使得器件功耗较大，并且在调节自旋波强度的过程中会遇到频率移动的问题。磁涡旋态也可以激发短波长自旋波，在反铁磁耦合双层膜系统中利用磁涡旋态激发了波长125nm自旋波[42]。磁畴、畴壁传输自旋波是近两年另外一个研究热点，磁畴可以看成是自发形成的自旋波波导，磁畴包括畴和畴壁两部分组成[43,44]，畴和畴壁都可以作为自旋波传
第一章绪论9导恰好满足了集成结构的平面化特点。而小型化的共面波导技术极大的提高了自旋波波矢k和波矢k范围Δk[66,67]，与此同时YIG超薄膜技术的成熟使得自旋波研究出现一股热潮[68,69]。（a）（b）（c）图1-3自旋波微波测量技术。（a）共面波导天线激发与探测；（b）微波探头自旋波探测；（c）非接触自旋波天线激发1.3.2自旋波光激发探测技术光子作为电磁波的量子，与自旋波之间存在耦合作用，同时光的热效应也能成为自旋波激发的原因之一。光激发自旋波[70,71]的主要方式就是利用飞秒激光的热效应和非热效应引发局域磁矩的翻转带来自旋波激发，光探测技术主要有两种，一种是布里渊光散射技术，如图1-4（a）所示，另外一种是时间分辨磁光克尔效应（Time-ResolvedMagneto-OpticalKerrEffect，TR-MOKE）[49,72]。其中最受欢迎的自旋波探测技术是布里渊光散射仪[73,74]。布里渊光散射仪的物理基础是磁振子引起的非弹性光子散射。通过分析入射到样品上的探测光束的散射光，确定散射光子的频率和波数，其中散射光子的强度与自旋波的强度成正比。BLS探测技术通常与微波激发技术相结合，经过多年的发展成为较为成熟的探测技术，其空间分辨率可达250nm，并且时间分辨，相位分辨，波数分辨的技术已经实现[75-79]。TR-MOKE是基于磁光
本文编号：2944260
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