一、YIG薄膜制备方法研究（论文文献综述）
刘前标[1]（2022）在《铁磁/非磁金属薄膜异质结中自旋输运的界面调控》文中研究说明当前,基于传统半导体技术的存储器及逻辑器件正面临着极大挑战。相比于基于电子电荷属性的半导体器件的断电易失、闪存太慢等问题,基于电子自旋属性的自旋电子器件具有存储密度大、访问速度快、消耗电量低和断电不易失等优势而受到广泛关注。虽然自旋轨道耦合的存在为电流操控磁矩提供了基本的可行性,但如何高效地调控自旋输运是实现新型自旋电子器件实际运用的核心问题。基于此目的,目前基于电流操控磁矩的研究主要集中在两个部分:一是提高自旋流的产生效率,如寻找具有强自旋霍尔效应的重金属,具有自旋-动量互锁表面态的拓扑材料等;另外,降低驱动单个磁性存储单元所需的能耗,如利用低有效磁性的亚铁磁或反铁磁材料、低阻尼因子的磁性材料,或是利用更小尺寸的磁畴壁以及磁性斯格明子作为存储单元等。虽然在一系列的磁性薄膜/重金属异质结中,这两方面的研究都取得了很大进展,但是,随着研究的不断深入,人们发现磁性/非磁金属薄膜界面对自旋电子器件性能具有至关重要的作用,例如界面晶格或者自旋电导的失配将直接导致界面自旋流的损耗。同时,磁性薄膜材料的热稳定性以及电场调控磁性等问题都与界面自旋轨道耦合直接相关联。本文以磁性/非磁金属薄膜异质结为核心,系统的研究了异质结中界面对自旋输运的影响。论文的主要创新成果如下:（1）探讨了晶格应力对磁性绝缘体钇铁石榴石（Y3Fe5O12:YIG）的磁学性能、动力学性能以及Pt/YIG界面自旋输运的影响。首先,利用脉冲激光沉积同时在传统压应力Gd3Ga5O12（GGG）基片以及张应力（Gd2.6Ca0.4）（Ga4.1Mg0.25Zr0.65）O12（SGGG）基片上制备了超薄的YIG薄膜。利用X射线、原子力显微镜、铁磁共振以及中子散射等手段,发现生长在SGGG上的YIG具有垂直各向异性,同时具有超高的晶体质量和超低的阻尼因子。然后,通过磁控溅射和微加工等手段,制备了 Pt/YIG双层膜结构的霍尔（Hall）器件,并进行了温度依赖的纵向和横向磁电阻测试。通过角度依赖的自旋霍尔磁电阻（Spin Hall magnetoresistance:SMR）测试,发现生长在SGGG基片上的Pt/YIG双层膜具有较大的界面自旋混合电导。同时,在依赖于垂直磁场的横向电阻测试时,发现生长在SGGG基片上的Pt/YIG双层膜界面具有异常的反常霍尔电阻信号,在YIG较薄时候,其信号与磁性斯格明子产生的拓扑霍尔电阻信号极其类似。我们将这种异常的霍尔电阻信号归因于YIG/SGGG中应力诱导的磁阻挫结构。（2）探讨了器件几何尺寸对Pt/YIG界面自旋混合电导的影响。界面自旋混合电导作为自旋电子器件最核心的参数之一代表了自旋流通过界面的效率。通过制备不同尺寸的Hall器件,系统地探讨了器件边界对Pt/YIG界面自旋输运的影响。通过角度依赖的纵向磁电阻、横向磁电阻以及自旋力矩铁磁共振等实验,发现体系的有效磁性和界面自旋混合电导的虚部随着器件尺寸的变化而基本保持不变。相反,自旋霍尔磁电阻、体系的阻尼因子以及有效的自旋霍尔角则强烈地依赖于器件尺寸。我们将这种强烈的器件尺寸依赖效应归因于边界效应对界面自旋混合电导实部的有效调控。（3）探讨了基于Pt/YIG界面的非平衡近邻效应对Pt/Co/Pt多层膜自旋轨道力矩的调控。首先,分别在YIG/GGG衬底和传统SiO2基片上制备了Pt/Co/Pt三层膜。通过对比两种衬底上器件的自旋流产生效率,发现生长在YIG/GGG衬底上的Pt/Co/Pt器件的临界翻转电流密度下降了近50%。通过谐波霍尔电压测试,分别计算了各结构中的有效自旋霍尔角。结果发现,YIG/GGG衬底显着增强了 Pt/Co/Pt器件中的有效翻转场。在Pt/Co/Pt/YIG/GGG器件中,我们将这种增强效果归因于底层Pt/YIG界面的强自旋吸收,从而促进了上层Co/Pt界面的自旋吸收效率。（4）探讨了弱自旋霍尔效应体系中强自旋流的起源。首先,利用脉冲激光沉积和磁控溅射生长出一系列的磁性（YIG、Fe、Co、CoFeB）/非磁金属（Ru、Pt、Cu）薄膜异质结。发现Fe/Ru异质结具有一定的垂直磁各向异性,同时在Ru/Fe双层膜器件中,电流可以有效的翻转Fe薄膜的磁矩。通过对器件进行谐波霍尔电压测试,发现Ru/Fe体系的有效自旋霍尔角接近于Pt/Fe体系。通过对比实验,我们将Ru/Fe体系中自旋流的产生归因于界面自旋相关散射。
杜帅[2]（2021）在《磁交换作用对磁性薄膜自旋波共振的研究》文中研究说明由于集成电子技术的能耗问题和集成度问题,研究新型的信息传输方式具有广泛的应用前景。自旋波是通过电子自旋编码传输信息,故而能够克服热功耗的问题,因此研究自旋波的激发和调控具有重要的意义。本文以磁交换作用对磁性薄膜自旋波的影响为研究课题,分别通过在单层薄膜中掺入非金属元素和双层铁磁耦合的方式改变薄膜的交换作用,研究其中的自旋波共振。首先采用成分梯度溅射法制备了一系列不同B含量和厚度不同的FeCoB薄膜,系统地研究了FeCoB薄膜中的自旋动力学,分别探究了B成分含量变化和厚度变化对FeCoB薄膜的静态磁性和自旋波的影响;然后,利用固相烧结法制备了钇铁石榴石（YIG）靶材,采用脉冲激光沉积法制备了不同生长条件的GGG/YIG薄膜,研究了不同生长条件对薄膜结晶性和磁性能的影响,制备出不同GGG/YIG厚度的GGG/YIG/Co双层膜,研究了GGG/YIG/Co双层膜中的自旋波共振情况。主要研究工作包括如下:1、研究B成分含量和薄膜厚度变化对FeCoB磁性和自旋驻波共振的影响。（1）首先采用磁控溅射法制备了同一厚度下不同B成分含量的FeCoB薄膜,研究发现不同B元素含量会影响FeCoB薄膜的面内单轴磁各向异性,同时,B元素的含量还会影响薄膜的磁交换作用,从而激发薄膜中的高阶自旋驻波。（2）采用磁控溅射法制备了不同厚度FeCoB薄膜,通过分析磁滞回线和相关铁磁共振,探究厚度的变化对薄膜磁各向异性和自旋驻波的影响,实验发现FeCoB薄膜的厚度变化会影响面内单轴磁各向异性和磁交换作用,进而影响膜中自旋驻波的激发。2、研究单晶GGG/YIG薄膜和GGG/YIG/Co双层薄膜的铁磁共振及自旋波共振。（1）利用固相烧结法制备了YIG靶材,选用不同的激光频率,氧气压强和衬底温度下的GGG/YIG单晶薄膜,对薄膜的结构和静态磁性以及动态磁性进行了研究。（2）制备出不同厚度的GGG/YIG单层膜和不同厚度的GGG/YIG/Co双层膜,研究层间耦合交换作用对自旋驻波的影响。
郭晨阳[3]（2021）在《基于磁性绝缘体的磁子器件及其磁子输运性质研究》文中指出以自旋为信息单元的自旋电子学器件因功耗低、热稳定性高、高信噪比和半导体工艺兼容度优异等特性有望成为后摩尔时代的理想高速信息存储和逻辑器件。目前,各种自旋电子器件的功能特性完全依赖自旋极化的电子（流）,而自旋极化电子（流）像半导体中电荷（流）一样,不可避免地受到杂质和晶格的散射、始终会导致系统的焦耳热及其热能耗,所以研制基于纯自旋调控的核心元器件及其电路成为自旋电子学今后的研究重点。巨磁电阻（giant magnetoresistance,GMR）效应和隧穿磁电阻（tunnelling magnetoresistance,TMR）效应的成功应用推动了磁存储信息工业的飞速发展。基于电中性的磁子作为自旋载体的磁子学和磁子型存储及逻辑器件可以避免焦耳热的产生,理论上可极大地降低器件的热功耗。在本博士学位论文中,我们系统地研究了基于铁磁/反铁磁绝缘体异质结的磁子输运性质,并设计和实现磁子信息的读写操作及其它调控功能,具体研究内容如下:（1）以YIG/NiO/YIG全绝缘磁子结为研究对象,利用自旋塞贝克效应实现了磁子结中的磁子阀效应,即磁子阀两磁性层的相对状态（平行态或者反平行态）对应Pt层中的探测电压信号（相对高电压或低电压）值。通过对NiO厚度的调节实现了磁子结在室温附近的高开关比。通过对磁子结不同温度下自旋塞贝克电压信号的测量,得出磁子结在不同温度区间,顶部和底部YIG磁性层对于输出信号的贡献占比不同。测量不同NiO厚度磁子结的顶部Pt探测层的输出信号,系统分析了磁子在YIG/NiO/YIG磁子结中的输运特性。计算出环境温度在100 K～200 K时,NiO的磁子衰减长度约为3.5 nm～4.5 nm。通过场冷实验证明磁子结的磁子输运性质与交换偏置场无关。（2）对YIG/NiO/YIG全绝缘磁子结上的Pt探测层进行了自旋霍尔磁电阻（SMR）效应的研究。用四端法测量磁子结顶部Pt层中的SMR,并分解出磁子结的反常SMR与正常SMR信号,发现反常SMR与磁子结的磁化状态有关。当顶部和底部YIG磁电极的磁矩处于平行态和反平行态下,顶部Pt层中的SMR分别呈现低电阻和高电阻,并且将反常SMR命名为磁子非局域自旋霍尔磁电阻（magnonic nonlocal spin Hall magnetoresistance,MNSMR）。通过对照实验、宏自旋模型和微磁学模拟等手段来排除层间磁耦合作用导致MNSMR的可能性。发现用CoO和Au替代NiO作为中间层的三明治结构也可以观测到MNSMR效应,并通过理论模型进一步解释了MNSMR现象,即磁子结中磁矩的相对磁化状态影响磁子结的有效磁子电导,有效磁子电导最终导致Pt电阻的变化。（3）通过后退火技术,利用YIG与衬底之间的晶格失配产生应力,从而诱导出YIG的垂直磁各向异性。研究发现YIG/Pt界面的质量也会改变薄膜的各向异性。通过二次退火降低YIG/Pt界面粗糙度,使得双层膜的垂直磁各向异性得以恢复。在外加磁场辅助下,成功利用电流及其自旋轨道力矩对YIG磁矩实现确定性翻转。通过临界翻转电流推算出Pt的有效自旋霍尔角约为0.039。通过二次谐波技术测量了YIG/Pt系统的SOT效率,得出单位电流密度类阻尼有效场和类磁场有效场分别为0.98 Oe/（MA/cm2）和0.057 Oe/（MA/cm2）。并利用二次谐波技术得到的有效场计算Pt的有效自旋霍尔角约为0.026。（4）通过薄膜沉积技术和后退火技术获得了高质量YIG/NiO/Pt异质结。通过PPMS和VSM磁性测试,检验了YIG的垂直磁各向异性。通过透射电镜技术证明了薄膜质量良好且界面清晰。验证了通过薄膜沉积技术和后退火技术获得的YIG和NiO薄膜具有准单晶性和良好的绝缘性。对于异质结的纵向电压进行角度依赖性测量,验证了样品的反常霍尔效应（AHE）是SMR诱导的。研究了YIG/NiO体系的磁矩翻转过程,自旋流经过反铁磁NiO转变成纯的磁子流,磁子流进入YIG薄膜中诱导出磁子转移力矩使得YIG磁矩被确定性翻转。成功在具有较薄NiO插层的异质结中用磁子转移力矩（magnon transfer torque,MTT）对YIG磁矩进行确定性翻转。通过公式算出YIG/Pt和YIG/NiO（1.5 nm）/Pt的自旋霍尔角约为0.032和0.027,并对YIG/NiO（1.5 nm）/Pt的MTT效率进行估算。通过场冷实验测得阻塞温度约为175 K。通过对照组实验,排除了奥斯特场、磁近邻效应以及直接/间接电子隧穿效应的干扰。上述结果加深了对磁性绝缘体及其异质结中热磁子输运特性的认识,演示了磁子结的纯磁子输运性质,实现了磁子转移力矩对垂直磁矩的确定性翻转,为磁子器件的信息读写提供了可行的物理基础,即磁子非局域自旋霍尔磁电阻（MNSMR）效应和磁子转移力矩（MTT）效应。
陈姝瑶[4]（2021）在《脉冲激光沉积制备铁石榴石薄膜及其磁性能研究》文中研究表明随着自旋电子学领域的发展,人们发现具有垂直磁各向异性（perpendicular magnetic anisotropy,PMA）的绝缘磁性石榴石薄膜有着非常多的优良特性,大大地满足了人们对电子器件更小、更快、更高效的要求。据报道,重金属（如Pt等）或拓扑绝缘体与磁层构成的异质结中自旋轨道转矩（SOT）要比传统的磁隧道结中的自旋转移扭矩（STT）更能有效控制磁矩,而厚度小于100 nm超薄的磁性绝缘性薄膜具有更强的界面效应,可以更有效地降低器件损耗、有利于缩小器件的体积、增大器件的存储密度。目前,从自旋泵浦效应等基础研究和自旋扭矩振荡器等实际器件的应用来看,制备出高质量、超薄、低阻尼参数、高稳定性的磁性绝缘薄膜具有重要意义。本文以制备出具有面外各向异性,低阻尼系数的超薄石榴石薄膜为目标,首先利用高温固相法制备出结构致密的高质量靶材,然后采用脉冲激光沉积工艺分别在 GGG（111）和 SGGG（111）基片上外延生长了 Tm3Fe5O12、Bi1Tm2Fe5O12、Y3Fe5O12、Bi0.7Y2.3Fe5O12薄膜,并对薄膜进行结构性能与磁性能的测试及分析。首先,本文采用脉冲激光沉积工艺在GGG、SGGG基片上分别外延生长了 60 nm厚的Tm3Fe5O12薄膜,研究发现Tm3Fe5O12/GGG薄膜受到压应力,易磁化轴表现为面内,Tm3Fe5012/SGGG薄膜受到张应力,易磁化轴表现为面外。实验通过改变薄膜与衬底间的应力情况,利用应力诱导的各向异性克服薄膜形状各向异性,进而实现诱导薄膜的垂直磁个性异性,最终制备出具有PMA的、阻尼系数为α=1.18×10-2 的 Tm3Fe5O12/SGGG 薄膜。其次,本文分别在GGG、SGGG基片上外延生长了 60 nm厚的Bi1Tm2Fe5O12薄膜,研究发现Bi1Tm2Fe5O12/GGG薄膜的易磁化轴仍为面内,掺铋引起的单轴各向异性不足以克服形状各向异性诱导薄膜产生PMA;而Bi1Tm2Fe5O12/SGGG薄膜的易磁化轴为面内,且阻尼系数为α=1.158×10-2小于Tm3Fe5012/SGGG薄膜,说明Bi3+离子的引入使得薄膜与衬底间的晶格失配有所降低,降低了薄膜的阻尼系数。然后,本文分别在GGG、SGGG基片上外延生长了 60 nm厚的Y3Fe5O12薄膜,研究发现,YIG/GGG和YIG/SGGG薄膜的易磁化轴均为面内,相比于TmIG薄膜,YIG/GGG薄膜具有更低的阻尼系数,面内阻尼系数为2.49×10-3。最后,本文分别在GGG、SGGG基片上外延生长了 60 nm厚的Bi0.7Y2.3Fe5O12薄膜,研究发现Bi:YIG/GGG和Bi:YIG/SGGG的易磁化轴均为面内且Bi:YIG/SGGG薄膜的阻尼系数较YIG薄膜有所降低。
沙榕昕[5]（2021）在《异相铜氧化物中的自旋输运研究》文中进行了进一步梳理自旋电子学以电子的自旋为研究对象,旨在以自旋流代替电流在新一代器件中传递信息和能量。自旋输运作为自旋电子学的核心研究领域之一,其载体材料成为推进自旋输运相关研究的关键所在。目前,在金属、半导体、铁磁、反铁磁等诸多材料体系中,自旋输运特性已被广泛研究。然而,材料的本征特性如晶体缺陷、晶粒尺寸、组织结构和电子构型等对自旋输运的影响却受到了忽略。本课题着眼于材料的电子构型,探究相同元素构成的不同氧化物中自旋输运特性的差异,以获得电子构型对自旋输运的影响。为此,本课题选择铜氧化物体系,比较了氧化铜（CuO）和氧化亚铜（Cu2O）两种铜氧化物的自旋输运差异,其中反铁磁氧化铜的Cu2+离子的3d轨道具有不成对电子,抗磁性氧化亚铜的Cu+离子的3d轨道全满。通过比较这两种氧化物的自旋输运,可以获得不同电子构型的金属离子对自旋输运影响的信息。首先对铜氧化物薄膜的成膜工艺进行优化,根据铜氧系统中氧压—温度相图确定氧化铜和氧化亚铜薄膜的成膜条件,结合X射线衍射进行物相评测,确定具有最佳结晶性的薄膜制备条件。以钇铁石榴石（YIG）为基板,制备YIG/Pt、YIG/Cu O/Pt和YIG/Cu2O/Pt三种样品,其中YIG作为铁磁自旋注入层,通过微波和外加磁场激发YIG的铁磁共振,利用自旋泵浦效应向样品中注入自旋流;重金属Pt作为非磁自旋检测层,利用逆自旋霍尔效应将自旋流转化成电流,最终通过逆自旋霍尔电压来进行表征自旋流。通过进行自旋输运测试,我们发现,在YIG和Pt中间插入5 nm厚的氧化铜中间层后,可以检测到逆自旋霍尔电压,这说明自旋流可以穿过氧化铜中间层;在反铁磁氧化铜的奈尔温度处,自旋输运的效率达到了峰值,这符合反铁磁材料的特性。而在YIG和Pt中间插入5 nm厚的氧化亚铜中间层后,并没有检测到逆自旋霍尔电压,这说明自旋流完全被氧化亚铜中间层阻断。氧化铜和氧化亚铜表现出截然不同的自旋输运特性,这归因于它们电子构型的差异。氧化铜中的Cu2+离子的3d轨道具有不成对自旋,不成对自旋相互耦合,集体激发作为自旋输运的载流子,因此氧化铜是自旋导体。氧化亚铜中的Cu+离子的3d轨道全满,自旋向上和自旋向下的能带结构几乎相同,氧化亚铜中的自旋相互解耦,抑制了集体激发,因此氧化亚铜是自旋绝缘体。本课题表明,具有不成对电子是自旋导体的一个重要特征,并且铜氧化物体系可能具有调控自旋输运的潜力。我们的结果揭示了绝缘体中自旋输运的物理机制,并为实现新型的自旋电子学器件,例如用于自旋流晶体管和存储器的自旋开关提供了新的方法。
罗健[6]（2021）在《基于磁性绝缘体/金属双（多）层膜的自旋塞贝克效应研究》文中指出热自旋电子学是一个在热传输现象和自旋电子之间的新兴研究领域,主要研究电子自旋与热流之间的相互作用。自旋塞贝克效应（SSE）是热自旋电子学研究中的热点,是指在（亚）铁磁体中存在温度梯度时能够产生自旋塞贝克电压信号的现象。反铁磁性绝缘体/顺磁金属和亚铁磁性绝缘体/顺磁金属是两种经典的自旋塞贝克效应测试结构。本论文首先采用反应磁控溅射工艺在Si衬底上沉积生长氧化镍（Ni O）薄膜,分别探究了溅射功率、氧氩比例、溅射气压、衬底温度、沉积时间对微观结构和溅射速率的影响,并在最适工艺条件下制备出高质量Ni O薄膜。制备不同厚度的Ni O薄膜后,通过掩膜的形式在薄膜表面沉积不同厚度的Pt（Hall-Ball形状）,研究Si/Ni O/Pt结构中Ni O厚度变化、Pt厚度变化与自旋塞贝克电压之间的关系,发现反铁磁层Ni O的厚度越大所测得的自旋塞贝克电压信号越强,而顺磁金属层Pt的厚度越大自旋塞贝克电压信号越小。接着又对样品的温度梯度（温差）和磁场角度与自旋塞贝克电压之间的关系进行详细研究,发现温差与自旋塞贝克电压呈简单的线性关系,温差越大测得的自旋塞贝克电压越高;而磁场角度与自旋塞贝克电压之间满足余弦函数关系式,即在0°和180°时所得自旋塞贝克电压最大,90°和270°时为零。在对亚铁磁性绝缘体/顺磁金属结构的研究中,Pt作为顺磁金属层,钇铁石榴石（YIG）作为亚铁磁层。研究结果证明YIG的厚度越大所测得的自旋塞贝克电压信号越强,其规律与Ni O/Pt结构相似。最后本论文研究了YIG/Ni O/Pt（亚铁磁性绝缘体/反铁磁性绝缘体/顺磁金属）结构的自旋塞贝克效应,研究结果表明,Ni O插入层的厚度对原YIG/Pt结构的自旋塞贝克效应有较大的影响。当Ni O插入层较薄时,会增大原YIG/Pt结构在相同测试条件下的自旋塞贝克电压;当Ni O较厚时,会减小原YIG/Pt结构的自旋塞贝克电压。
沈磊[7]（2021）在《氧化物薄膜与异质结生长及其磁光研究》文中提出由于自由度间存在强烈的相互作用,当材料的维度降低时,会出现丰富且奇特的物理性质。双钙钛矿氧化物Y2NiMnO6（YNMO）因其具有特殊的E*型反铁磁有序和磁诱导产生铁电性,在器件中的潜在应用价值而引起了关注。稀土石榴石铁氧体作为高温亚铁磁绝缘体,表现出由强自旋-轨道耦合引起的大的磁光效应和非常窄的铁磁共振线宽,是研究超快动力学的理想材料。稀土铁氧体氧化物薄膜中磁各向异性的调控,使得在自旋电子学器件领域有极大的研究前景。本论文内容分为五章,我们利用脉冲激光沉积技术生长出YNMO薄膜和Sm3Fe5O12（SmIG）薄膜,研究了氧压和界面工程对双钙钛矿YNMO薄膜的结构和磁性调控,亚铁磁石榴石SmIG薄膜磁各向异性的调控和CoFe/SmIG异质结的界面耦合的超快动力学研究,为未来高频器件的制备应用和科学研究提供了方法和方向。第一章,概述钙钛矿氧化物的基本知识和双钙钛矿氧化物的研究进展,并且对YNMO材料的研究情况进行了介绍。然后介绍稀土石榴石铁氧体氧化物的研究进展,包括稀土石榴石薄膜的磁各向异性调控和在超快自旋动力学领域的探索。第二章,对氧化物外延薄膜的生长工艺及调控,物性探测表征方法和时间分辨的磁光克尔测试系统的搭建进行了详细介绍。脉冲激光沉积技术（PLD）的原理,特点和生长因素调控最先进行了说明;其次在薄膜结构表征上介绍了X射线衍射（XRD）,倒易空间图（RSM）,拉曼光谱;在磁性质表征手段上介绍了超导量子干涉仪（SQUID）,和磁光克尔效应系统。在元素价态分析上介绍了X射线光电子能谱（XPS）;在吸收率和光学带隙获取上介绍了紫外可见近红外吸收光谱;最后介绍了时间分辨的磁光克尔效应系统的搭建。第三章,我们研究了 YNMO薄膜的生长及其结构与磁性的调控。对YNMO薄膜和异质结的生长过程进行介绍,并且通过改变生长氧压和界面工程（插入缓冲层）,研究了其对薄膜的结构和磁性的调控。生长氧压对晶体的结构产生明显影响,在高氧压下晶格常数越接近块体;同时在氧压和缓冲层的共同作用下,YNMO薄膜的磁性与块体相当。第四章,介绍SmIG薄膜的磁各向异性调控和CoFe/SmIG异质结的界面自旋耦合超快动力学研究。在这一章节中我们详细介绍了 SmIG薄膜的生长,并获得了高质量的外延薄膜。其次,我们通过改变衬底的晶体取向从（111）到（001）,我们发现薄膜的磁各向异性实现了从面内磁各向异性到面外磁各向异性的转变,且具有普适性,这为不同磁各向异性的获取提供了途径。最后,利用自主搭建的时间分辨磁光克尔效应（TR-MOKE）系统,探讨了界面自旋耦合和磁各向异性转变对CoFe/SmIG异质结光激发诱导自旋波的影响,发现异质结中自旋进动的频率和有效阻尼因子都可以通过SmIG薄膜的磁各向异性转变来操纵。这些发现为磁性薄膜和异质结中的自旋操纵提供了思路,推动高频自旋电子学器件的研究。第五章,总结本文的工作和下一步研究计划。首先,YNMO薄膜的超快磁光研究还未进行研究,其内部的超快动力学过程尚不清楚;其次,YNMO作为多铁材料,通过光学的手段对薄膜的磁电耦合研究非常有价值;SmIG薄膜的超快动力学的研究值得更进一步推进;最后,我们生长出Tm3Fe5O12薄膜,磁各向异性调控及其超快动力学需要深入的研究。
李明明[8]（2021）在《重金属/磁绝缘体自旋异质结材料及新效应研究》文中认为现代微电子和集成电路技术飞速发展的同时也面临着集成度过高引起的局部热功耗过高等不可避免的问题。兴起的自旋电子学利用了电子的自旋自由度,成为了构造高密度、低功耗、非易失的新一代自旋电子学器件的基础,也推动了电子信息技术的全新变革。对自旋流的激发、传输和探测成为当今自旋电子学的研究主题。本文以液相外延法制备的超低损耗亚铁磁性绝缘体钇铁石榴石（YIG）薄膜为基础,研究了YIG/金属自旋异质结中的自旋泵浦、逆自旋霍尔效应。发现了YIG磁性异质结体系中的自旋泵浦效应,揭示了自旋异质结体系中自旋流的界面、介质传输特性,研制了新型的具有大自旋霍尔角的自旋探测材料,具体如下:1)文中研究了磁性异质结钇铁石榴石（YIG）/Co2Fe Al0.5Si0.5（CFAS）中由于交换耦合引起的反常阻尼增强效应,拓宽了自旋泵浦效应的适用范围。CFAS是一种具有高自旋极化率的磁性半金属材料。在YIG/CFAS磁性异质结的铁磁共振测试中发现了阻尼系数的反常增强以及共振峰的偏移现象。在磁性薄膜之间引入具有弱自旋轨道耦合强度以及较长自旋扩散长度的金属铜层来隔离两个磁性层之间可能存在的交换耦合。通过对异质结静态及动态磁性的研究有如下发现:第一、铜隔层的引入成功的隔离了磁性层之间的交换耦合,在静态及动态磁性测试中都有体现。第二、磁性异质结中的阻尼增强有两个来源,一是界面处自旋泵浦引起的自旋流注入,二是磁性层之间的交换耦合。第三、磁性异质结中的阻尼变化与上层CFAS磁性半金属薄膜厚度相关。随着CFAS厚度的变化呈现先增长后减小最后饱和的变化趋势。这些发现证明自旋泵浦不只发生在磁性/非磁异质结中,而且以阻尼变化量为标准来衡量界面自旋注入效率的做法存在一定的局限性。2)自旋注入效率不高是限制自旋电子学器件应用的主要因素。自旋异质结结构是研究自旋流相关效应的研究对象与基础。界面状态对自旋流的注入与传输都有很大的影响。在文中研究了界面化学态在自旋泵浦效应中发挥的作用。在实验过程中利用TEM、Raman以及XPS分析了自旋异质结的界面结构以及化学态。通过在沉积金属铂层之前对YIG表面进行化学处理调节了界面铁元素的化学态,从而显着提高了界面自旋注入效率。此外,氩离子轰击这一普遍使用于集成器件加工过程中的关键技术对界面自旋注入有非常明显的抑制作用。基于上述对界面化学态的研究文中提出了一种可以有效恢复界面自旋注入的化学处理方法。这一研究结果对优化现有结构的界面自旋注入效率以及构建新型高效自旋异质结有重要指导意义。3)提高界面自旋注入效率还可以通过在FM与NM层之间插入介质层这种改变自旋异质结结构的方法实现。此外,限制半导体自旋电子学发展的一个主要问题是向半导体材料中注入自旋流的效率不足。如何高效的在半导体异质结中注入自旋流以及自旋流在半导体材料中的传输特性一直是半导体自旋电子学的研究热点。文中制备并研究了YIG/Ge Bi/Pt异质结中自旋流的注入效率以及Ge Bi半导体内部自旋流的传输特性。通过改变铋原子的掺杂量调节了Ge Bi半导体的禁带宽度。利用铁磁共振以及自搭建的逆自旋霍尔效应测试系统研究了禁带宽度对界面自旋注入效率以及自旋流传输特性的调制作用,并且实现了半导体异质结上的高效自旋注入。4)自旋霍尔角是衡量材料将自旋流转化为电流能力的重要参数。为了满足新一代自旋电子学器件对于大自旋霍尔角材料的需求,文中通过对经典的强自旋轨道耦合金属铂进行掺杂,制备出了新型自旋探测材料铂锡合金（Pt Sn）。铂锡合金的自旋霍尔角比未掺杂的纯铂提高了两倍。在实验过程中利用自主搭建的铁磁共振系统研究了YIG/Pt Sn异质结的自旋泵浦效应,计算了其界面自旋混合电导。在此基础上搭建了逆自旋霍尔测试系统,测试了Pt Sn厚度相关的逆自旋霍尔电压并拟合了Pt Sn合金的自旋扩散长度以及自旋霍尔角。为了保证数据的可信度,在相同的实验条件以及测试系统下对铂的自旋扩散长度以及自旋霍尔角进行了标定,得到的结果与文献中的报道一致。此外,通过改变锡的掺杂浓度确定了合金最佳的原子配比。Pt的自旋霍尔角θSH=0.055,Pt0.77Sn0.23合金的自旋霍尔角为0.089,比纯Pt增加60%。不仅铂锡合金本身具有重大应用价值,选择适当的具有强自旋轨道耦合作用原子对具有大自旋霍尔角本征金属单质掺杂这一方法对于构造大自旋霍尔角材料也有重要指导意义。
朱虹宇[9]（2021）在《高自旋霍尔角半导体及合金薄膜制备及性能研究》文中提出摩尔定律逐渐失效,传统CMOS工艺的半导体技术发展接近物理极限:伴随着器件尺寸的缩短,器件量子效应与发热问题日趋严重,传统半导体发展进入了瓶颈期。为了解决这个问题,基于电子自旋的新一代电子信息器件应运而生。电子自旋器件有功耗低、易集成等诸多优势,因此研发新一代自旋电子材料与器件成为突破半导体技术发展的可能方向之一。本文主要在自旋电子技术的三个问题上进行了相关探索:自旋流高注入半导体、激光调制的逆自旋霍尔效应机理和寻找更高自旋霍尔角新合金材料。通过铁磁共振测试,研究了YIG（200 nm）/Ge、YIG（200nm）/Ge Sn、YIG（200 nm）/Ta W3和YIG（200 nm）/Pt8Gd2异质结的阻尼因子、自旋混合电导和饱和磁化强度,通过逆自旋霍尔效应测试,提取出合金材料的自旋扩散长度和自旋霍尔角的实验数值。首先,本文对前人的相关理论进行了整理:从磁性起源和磁性能量入手,推导出了两种磁矩进动模型,然后详细阐述铁磁共振相关理论,自旋泵浦效应、自旋霍尔效应逆自旋霍尔效应及其理论机制。其次,本研究对样品制备技术与测试技术进行简略介绍,通过对YIG（200nm）/Ge体系的铁磁共振和激光调制的逆自旋霍尔效应的研究,实现了铁磁绝缘体YIG单晶薄膜向Ge半导体的大自旋注入、解释了激光调制的逆自旋霍尔信号的主要机制。半导体的大自旋注入主要体现在大的自旋混合电导,实验获得YIG（200nm）/Ge（60 nm）和YIG（200 nm）/Ge Sn（60 nm）的自旋混合电导分别为:5.4×1018m-2和7.2×1018m-2;采用红外激光对自旋泵浦效应进行调制,完成了对逆自旋霍尔电压的激光功率调制机制研究,实验研究发现:通过增强红外激光功率,YIG薄膜的饱和磁化强度显着降低;激光导致的热梯度会产生自旋塞贝克效应的自旋注入,这与由于饱和磁化强度降低导致的自旋泵浦效应自旋注入减少相补偿,因此最后探测得到的电压信号达到饱和。最后,为了寻找高自旋霍尔角合金材料,本文基于绝缘体亚铁磁YIG单晶薄膜,采用磁控溅射手段,制备两种Ta W3和Pt8Gd2新型合金材料,形成了YIG（200nm）/Ta W3和YIG（200 nm）/Pt8Gd2异质结;研究了YIG（200 nm）/Ta W3和YIG（200nm）/Pt8Gd2异质结体系的自旋泵浦效应和逆自旋霍尔效应。实验获得:Pt8Gd2合金的自旋霍尔角为0.501,Ta W3合金的自旋霍尔角为-0.0587。我们研制的新型自旋霍尔合金材料,将有助于降低自旋轨道力矩（SOT）翻转磁矩的电流密度,可应用于下一代高密度、低功耗和非易失性的自旋轨道力矩-磁性随机存储器（SOT-MRAM）。
郑博含[10]（2021）在《VNA-FMR铁磁共振仪的测试数据后处理软件编制及应用》文中研究说明铁磁共振（Ferromagnetic Resonance,FMR）测试是表征材料的磁性与磁化动力学特性最常用的手段,也是研究磁性材料和自旋电子器件十分重要的工具,其已广泛应用于磁性薄膜、磁性多层纳米材料、超晶格材料等的动静态磁性能表征。微波腔铁磁共振和宽频带铁磁共振是两类常见的铁磁共振测试手段。基于腔体法的铁磁共振测试,数据分析简单,但仅能实现单一频点的铁磁共振测试。而基于矢量网络分析仪（Vector Network Aanylzer,VNA）等微波测试装置的宽频带铁磁共振测试设备,则具备较大频率范围内的铁磁共振测试分析能力。但此类测试方法的数据后处理过程复杂,手工分析效率低下。针对这种现状,本文开发了具备宽带铁磁共振测试数据后处理功能的综合性数据分析软件,并将编写的软件应用于NiFe基铁磁复合膜的高频特性相关研究之中。本文的主要工作与结果如下:1.采用导数区分法等一系列拟合方法,利用MATLAB完成铁磁共振数据后处理系统程序编写。该系统的特点有:操作简便、拟合精确度高、适用多种测试方法等。该系统的功能有:整体数据集二维伪彩图显示、单点数据背底去除及拟合、面内及面外转角度线宽成分分析等。相对现有的铁磁共振数据后处理系统,本系统的优越性在于实现了一键批量导入及拟合,在保证准确性的前提下提升了数据分析效率。将多种测试设备及测试方法的数据后处理过程集成到一个系统中,方便研究过程中随时重复观测不同种类测试数据的分析结果。2.利用所编制的系统研究了NiFe基铁磁复合膜的高频特性。通过射频磁控溅射方法制备了NiFe基铁磁复合膜,并结合X射线衍射谱仪（XRD）、磁谱等测试手段详细研究了YIG含量、射频功率变化对NiFe基复合膜微结构与高频磁特性的影响。实验结果表明,随着YIG掺杂含量的提升薄膜矫顽力和电阻率均有明显升高,而由涡流效应引发的自旋波共振模式会逐渐消失。YIG的引入会增大薄膜双磁子散射线宽,表明薄膜内部短程缺陷影响增强。在变功率研究中,功率在60W以上的样品磁谱测试中出现了明显的双峰现象,根据XRD测试结果推测是由于基片升温引发YIG成相所致。本文在现有通用宽频铁磁共振测试设备的基础上,延展了其自动化处理分析数据的能力。这不仅为磁性材料相关研究提供了一定参考,也同时为日后进一步增强现有铁磁共振测试设备表征能力提供了新的研究方向。
二、YIG薄膜制备方法研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、YIG薄膜制备方法研究（论文提纲范文）
（1）铁磁/非磁金属薄膜异质结中自旋输运的界面调控（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 绪论 |
| 2.1 自旋电子学简介 |
| 2.2 早期自旋电子学的发展 |
| 2.2.1 自旋相关散射 |
| 2.2.2 基于自旋相关散射的应用 |
| 2.2.3 基于自旋极化电流的应用 |
| 2.3 自旋电子学的最新研究进展和未来 |
| 2.3.1 自旋轨道耦合 |
| 2.3.2 纯自旋流的产生方法 |
| 2.3.3 基于纯自旋流的应用 |
| 3 样品的制备与表征 |
| 3.1 薄膜制备方法 |
| 3.1.1 磁控溅射 |
| 3.1.2 脉冲激光沉积 |
| 3.1.3 真空蒸镀仪 |
| 3.2 薄膜性能表征方法 |
| 3.2.1 原子力显微镜 |
| 3.2.2 X射线衍射 |
| 3.2.3 X射线光电子能谱 |
| 3.2.4 中子散射 |
| 3.2.5 铁磁共振 |
| 3.2.6 振动样品磁强计 |
| 3.3 微纳器件制备 |
| 3.3.1 电子束曝光系统 |
| 3.3.2 紫外光刻机 |
| 3.3.3 离子刻蚀机 |
| 3.3.4 器件加工流程 |
| 3.4 器件电输运测试 |
| 4 外延应力对Pt/YIG界面自旋输运的影响 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 YIG磁性薄膜和Pt/YIG器件的制备与表征 |
| 4.2.1 垂直YIG磁性薄膜的制备 |
| 4.2.2 YIG薄膜的表征与讨论 |
| 4.2.3 Pt/YIG薄膜与器件的制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 Pt/YIG界面纵向自旋霍尔磁电阻 |
| 4.3.2 Pt/YIG界面横向自旋霍尔磁电阻 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 器件尺寸对Pt/YIG薄膜界面自旋混合电导的影响 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 Pt/YIG薄膜与器件的制备与表征 |
| 5.2.1 YIG薄膜的制备与表征 |
| 5.2.2 Pt/YIG薄膜的制备与表征 |
| 5.2.3 Pt/YIG器件的制备 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 Pt/YIG界面纵向自旋霍尔磁电阻 |
| 5.3.2 Pt/YIG界面横向自旋霍尔磁电阻 |
| 5.3.3 Pt/YIG器件的自旋力矩铁磁共振测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 Pt/YIG界面自旋输运对Pt/Co/Pt体系中自旋轨道力矩的影响 |
| 6.1 研究背景 |
| 6.2 YIG薄膜以及Pt/Co/Pt器件的制备与表征 |
| 6.2.1 薄膜与器件的制备 |
| 6.2.2 薄膜的磁学性质 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 器件的横向磁电阻测试 |
| 6.3.2 电致磁翻转测试 |
| 6.3.3 谐波测试 |
| 6.3.4 机制分析与讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 Rn/Fe界面中自旋流产生机制的研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 薄膜与器件的制备 |
| 7.2.1 薄膜与器件的制备 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.3.1 Ru/Fe薄膜的垂直各向异性 |
| 7.3.2 电致磁翻转测试 |
| 7.3.3 谐波测试 |
| 7.3.4 机制分析与讨论 |
| 7.4 本章小结 |
| 8 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）磁交换作用对磁性薄膜自旋波共振的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 自旋波的激发、探测和应用 |
| 1.2.1 自旋波的简介 |
| 1.2.2 自旋波的激发和探测 |
| 1.2.3 自旋波的应用 |
| 1.3 软磁薄膜中的自旋波 |
| 1.4 本论文的主要工作和结构安排 |
| 第二章 磁学基本理论 |
| 2.1 磁各向异性 |
| 2.2 铁磁性材料的静态磁性参数 |
| 2.3 交换作用理论 |
| 2.4 磁化动力学理论 |
| 2.4.1 铁磁共振 |
| 2.4.2 自旋波 |
| 第三章 薄膜的制备和性能表征 |
| 3.1 软磁薄膜制备方法 |
| 3.1.1 磁控溅射法 |
| 3.1.2 脉冲激光沉积法 |
| 3.2 软磁薄膜结构和磁性能表征 |
| 3.2.1 X射线衍射 |
| 3.2.2 能量色散谱 |
| 3.2.3 原子力显微镜和磁力显微镜 |
| 3.2.4 振动样品磁强计 |
| 3.2.5 矢量网络分析仪 |
| 第四章 FeCoB体系自旋动力学调控研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 FeCoB薄膜中B含量调控自旋波共振的研究 |
| 4.2.1 成分梯度FeCoB薄膜的制备 |
| 4.2.2 成分梯度FeCoB薄膜结构和静态磁性的研究 |
| 4.2.3 B成分改变对FeCoB薄膜自旋动力学特性的研究 |
| 4.3 FeCoB薄膜中厚度调控自旋波共振的研究 |
| 4.3.1 不同厚度FeCoB薄膜的制备 |
| 4.3.2 不同厚度FeCoB薄膜的微结构和静态磁性的研究 |
| 4.3.3 不同厚度FeCoB薄膜自旋动力学特性的研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 GGG/YIG薄膜的外延生长及 GGG/YIG/Co 双层膜的自旋动力学研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 YIG靶材的制备 |
| 5.3 单晶GGG/YIG薄膜的制备及性能研究 |
| 5.3.1 激光频率对单晶GGG/YIG薄膜的影响 |
| 5.3.2 氧气压强对单晶GGG/YIG薄膜的影响 |
| 5.3.3 衬底温度对单晶GGG/YIG薄膜的影响 |
| 5.4 不同厚度GGG/YIG薄膜的制备及性能研究 |
| 5.4.1 不同厚度GGG/YIG薄膜结构和静态磁性的研究 |
| 5.4.2 不同厚度GGG/YIG薄膜动态磁性的研究 |
| 5.5 GGG/YIG/Co双层膜的制备及自旋动力学研究 |
| 5.5.1 GGG/YIG/Co双层膜的制备 |
| 5.5.2 GGG/YIG/Co双层膜的静态磁性研究 |
| 5.5.3 GGG/YIG/Co双层膜的自旋动力学研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的科研成果 |
| 致谢 |
（3）基于磁性绝缘体的磁子器件及其磁子输运性质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 自旋电子学简介 |
| 1.1.1 磁电阻效应 |
| 1.1.2 自旋轨道耦合效应 |
| 1.2 磁子学 |
| 1.2.1 自旋波与磁子 |
| 1.2.2 磁子相关材料 |
| 1.3 磁子相关效应 |
| 1.3.1 自旋塞贝克效应 |
| 1.3.2 自旋霍尔磁电阻效应 |
| 1.3.3 非局域的磁子流测量 |
| 1.4 本论文的研究思路和内容概括 |
| 第2章 实验方法 |
| 2.1 磁控溅射技术 |
| 2.2 薄膜后退火处理 |
| 2.3 微纳加工技术 |
| 2.3.1 紫外曝光 |
| 2.3.2 氩离子刻蚀 |
| 2.3.3 常用微纳米器件加工流程 |
| 2.4 磁电性质表征方法 |
| 2.4.1 振动样品磁强计 |
| 2.4.2 综合物性测量系统 |
| 第3章 YIG/NiO/YIG磁性绝缘体磁子结和磁子阀效应 |
| 3.1 YIG/NiO/YIG磁性绝缘体磁子结和磁子阀效应研究背景 |
| 3.2 实验测量 |
| 3.2.1 结构分析 |
| 3.2.2 自旋塞贝克效应测量 |
| 3.2.3 多场调控磁子结的自旋塞贝克电压 |
| 3.2.4 磁子结中NiO层的磁子衰减长度 |
| 3.2.5 磁化历史对磁子结的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 磁子结中磁子非局域自旋霍尔磁电阻效应 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 YIG/NiO/YIG的自旋塞贝克效应和自旋霍尔磁电阻测量 |
| 4.3 YIG/NiO/YIG中磁子非局域自旋霍尔磁电阻(MNSMR)效应 |
| 4.3.1 磁子非局域自旋霍尔磁电阻信号的测量和提取 |
| 4.3.2 其它干扰项的排除 |
| 4.4 MNSMR的普适性研究 |
| 4.5 MNSMR模型分析 |
| 4.6 场冷(field cooling)处理对SMR测量的影响 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 自旋轨道力矩翻转具有垂直磁各向异性的YIG磁矩 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 具有垂直磁各向异性的YIG/Pt异质结制备与表征 |
| 5.3 YIG/Pt样品中电流导致的自旋轨道力矩和磁矩翻转 |
| 5.3.1 YIG/Pt霍尔器件中电流诱导磁矩翻转 |
| 5.3.2 YIG/Pt霍尔器件中电流诱导自旋轨道力矩的测量 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 YIG/NiO/Pt体系中翻转磁矩的磁子转移力矩(MTT)效应 |
| 6.1 研究背景 |
| 6.2 YIG/NiO/Pt体系样品的制备和磁性表征 |
| 6.3 低温下反常霍尔电阻和自旋霍尔磁电阻的表征 |
| 6.4 低温下磁子转移力矩(MTT)效应翻转磁矩的测量 |
| 6.5 其他非内禀干扰因素的排除 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）脉冲激光沉积制备铁石榴石薄膜及其磁性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 垂直磁各向异性 |
| 1.3 石榴石薄膜的研究进展 |
| 1.3.1 石榴石型铁氧体的晶体结构 |
| 1.3.2 石榴石薄膜在自旋电子学中的应用 |
| 1.4 本文的研究内容 |
| 第二章 铋掺杂铥铁石榴石薄膜的性能分析 |
| 2.1 脉冲激光沉积技术 |
| 2.2 Tm_3Fe_5O_(12) (TmIG)薄膜的制备与性能分析 |
| 2.2.1 Tm_3Fe_5O_(12)靶材的制备 |
| 2.2.2 单晶GGG基片上外延生长TmIG薄膜及性能分析 |
| 2.2.3 单晶SGGG基片上外延生长TmIG薄膜及性能分析 |
| 2.3 Bi_1Tm_2Fe_5O_(12) (Bi:TmIG)薄膜的制备与性能分析 |
| 2.3.1 Bi_1Tm_2Fe_5O_(12)靶材的制备 |
| 2.3.2 单晶GGG基片上外延生长Bi:TmIG薄膜及性能分析 |
| 2.3.3 单晶SGGG基片上外延生长Bi:TmIG薄膜及性能分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 铋掺杂钇铁石榴石薄膜的性能分析 |
| 3.1 Y_3Fe_5O_(12) (YIG)薄膜的制备及性能分析 |
| 3.1.1 Y_3Fe_5O_(12)靶材的制备 |
| 3.1.2 单晶GGG基片上外延生长YIG薄膜及性能分析 |
| 3.1.3 单晶SGGG基片上外延生长YIG薄膜及性能分析 |
| 3.2 Bi_(0.7)Y_(2.3)Fe_5O_(12) (Bi:YIG)薄膜的制备及性能分析 |
| 3.2.1 Bi_(0.7)Y_(2.3)Fe_5O_(12)靶材的制备 |
| 3.2.2 单晶GGG基片上外延生长Bi:YIG薄膜及性能分析 |
| 3.2.3 单晶SGGG基片上外延生长Bi:YIG薄膜及性能分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（5）异相铜氧化物中的自旋输运研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 自旋电子学的发展和应用 |
| 1.3 自旋输运相关概念 |
| 1.3.1 自旋流 |
| 1.3.2 自旋霍尔效应和逆自旋霍尔效应 |
| 1.3.3 自旋泵浦效应 |
| 1.4 反铁磁绝缘体中自旋输运研究进展 |
| 1.5 本课题材料体系 |
| 1.5.1 钇铁石榴石(YIG) |
| 1.5.2 氧化铜(CuO) |
| 1.5.3 氧化亚铜(Cu_2O) |
| 1.6 本课题的主要工作 |
| 1.6.1 研究意义 |
| 1.6.2 研究内容及目标 |
| 2 实验技术及方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 液相外延法制备YIG薄膜 |
| 2.2.1 液相外延系统 |
| 2.2.2 YIG薄膜的制备 |
| 2.3 红外退火炉处理YIG薄膜界面 |
| 2.3.1 红外退火炉 |
| 2.3.2 退火处理YIG薄膜表面 |
| 2.4 磁控溅射法制备铜氧化物薄膜和Pt薄膜 |
| 2.4.1 磁控溅射系统 |
| 2.4.2 铜氧化物薄膜和Pt薄膜的制备 |
| 2.5 表面粗糙度仪标定薄膜厚度 |
| 2.5.1 表面粗糙度仪 |
| 2.5.2 薄膜厚度标定 |
| 2.6 X射线衍射仪 |
| 2.7 低温磁场复合测试平台进行自旋输运测试 |
| 2.7.1 测试系统 |
| 2.7.2 测试原理 |
| 2.7.3 测试过程 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 数据结果及分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 铜氧化物薄膜的表征 |
| 3.3 自旋输运测试数据结果与讨论 |
| 3.4 相关机理讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（6）基于磁性绝缘体/金属双（多）层膜的自旋塞贝克效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 自旋塞贝克效应 |
| 1.1.1 纵向自旋塞贝克效应 |
| 1.1.2 横向自旋塞贝克效应 |
| 1.2 自旋塞贝克效应的研究现状 |
| 1.2.1 自旋塞贝克效应相关器件 |
| 1.2.2 反铁磁体在自旋塞贝克效应中的应用 |
| 1.2.3 自旋塞贝克效应的新式结构 |
| 1.3 本文的研究意义及主要内容 |
| 1.3.1 研究意义 |
| 1.3.2 主要内容 |
| 2 实验制备和测试方法 |
| 2.1 磁控溅射沉积镀膜 |
| 2.2 分析测试方法 |
| 2.2.1 台阶仪 |
| 2.2.2 X-射线衍射分析 |
| 2.2.3 扫描电子显微镜 |
| 2.2.4 原子力显微镜 |
| 2.2.5 振动样品磁强计 |
| 2.3 自旋塞贝克效应测试系统 |
| 3 NiO薄膜的制备及NiO/Pt结构的自旋塞贝克效应研究 |
| 3.1 NiO薄膜的制备 |
| 3.1.1 溅射功率对NiO薄膜物相结构的影响 |
| 3.1.2 氧氩比例对NiO薄膜物相结构的影响 |
| 3.1.3 溅射气压对NiO薄膜物相结构的影响 |
| 3.1.4 衬底温度对NiO薄膜物相结构的影响 |
| 3.1.5 沉积时间对NiO薄膜物相结构的影响 |
| 3.2 NiO薄膜的表征 |
| 3.3 NiO/Pt结构的自旋塞贝克效应研究 |
| 3.3.1 温差对自旋塞贝克电压的影响 |
| 3.3.2 磁场角度对自旋塞贝克电压的影响 |
| 3.3.3 Pt层厚度对自旋塞贝克电压的影响 |
| 3.3.4 NiO层厚度对自旋塞贝克电压的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 YIG/Pt 结构及YiG/NiO/Pt 结构的自旋塞贝克效应研究 |
| 4.1 YIG的表征 |
| 4.1.1 YIG的结晶性和外观形貌表征 |
| 4.1.2 YIG的磁学性能表征 |
| 4.2 YIG/Pt结构的自旋塞贝克效应研究 |
| 4.3 YIG/NiO/Pt结构的自旋塞贝克效应研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 在读期间已发表和待发表的论文 |
（7）氧化物薄膜与异质结生长及其磁光研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 钙钛矿氧化物概述 |
| 1.2.1 钙钛矿氧化物的晶体结构 |
| 1.2.2 稀土钙钛矿锰氧化物的晶体结构 |
| 1.2.3 超交换相互作用与双交换相互作用 |
| 1.2.4 稀土钙钛矿锰氧化物的磁结构 |
| 1.3 双钙钛矿氧化物概述 |
| 1.3.1 双钙钛矿氧化物结构 |
| 1.3.2 双钙钛矿氧化物R_2NiMnO_6研究进展 |
| 1.3.3 双钙钛矿氧化物Y_2NiMnO_6研究进展 |
| 1.4 稀土石榴石铁氧体的研究进展 |
| 1.4.1 稀土石榴石铁氧体的科学价值与应用价值 |
| 1.4.2 稀土石榴石铁氧体的晶体结构与磁结构 |
| 1.4.3 稀土石榴石铁氧体薄膜磁各向异性的研究 |
| 1.5 稀土石榴石铁氧体薄膜的超快自旋动力学研究 |
| 1.6 本论文研究计划 |
| 参考文献 |
| 第二章 薄膜生长和表征技术介绍及超快磁光系统搭建 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 薄膜制备技术 |
| 2.2.1 脉冲激光沉积基本原理 |
| 2.2.2 脉冲激光沉积系统 |
| 2.2.3 生长因素调控 |
| 2.3 薄膜表征技术 |
| 2.3.1 X射线衍射分析 |
| 2.3.2 倒易空间图(RSM) |
| 2.3.3 拉曼光谱 |
| 2.3.4 磁性表征 |
| 2.3.5 X射线光电子能谱 |
| 2.3.6 紫外可见光近红外吸收光谱 |
| 2.4 时间分辨的磁光克尔效应系统搭建 |
| 2.4.1 泵浦探测技术 |
| 2.4.2 时间分辨超快泵浦探测系统总体设计 |
| 2.4.3 飞秒激光光源 |
| 2.4.4 位移平台控制与软件编写 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 双钙钛矿Y_2NiMnO_6薄膜与异质结的生长及磁性调控研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 YNMO多晶靶材制备和基本表征 |
| 3.3 YNMO薄膜与异质结生长 |
| 3.4 YNMO薄膜与异质结的结构与磁性调控 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 Sm_3Fe_5O_(12)薄膜磁各向异性调控及CoFe/Sm_3Fe_5O_(12)异质结界面耦合的超快磁光研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Sm_3Fe_5O_(12)的研究进展 |
| 4.3 Sm_3Fe_5O_(12)多晶靶材制备和基本表征 |
| 4.4 Sm_3Fe_5O_(12)薄膜生长与应力调控 |
| 4.5 Sm_3Fe_5O_(12)薄膜磁各向异性调控及CoFe/Sm_3Fe_5O_(12)异质结界面耦合的超快磁光研究 |
| 4.5.1 Sm_3Fe_5O_(12)薄膜磁各向异性调控 |
| 4.5.2 CoFe/Sm_3Fe_5O_(12)异质结界面耦合的超快磁光研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文和取得的其他成果 |
（8）重金属/磁绝缘体自旋异质结材料及新效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 自旋电子学的发展与应用现状 |
| 1.2.1 巨磁阻/隧穿磁阻效应与磁性传感器 |
| 1.2.2 自旋转矩效应与存储器 |
| 1.2.3 自旋逻辑器件与自旋场效应晶体管 |
| 1.3 自旋流的定义与激发 |
| 1.3.1 自旋流的定义与分类 |
| 1.3.2 自旋流的电注入 |
| 1.3.3 自旋流的热注入 |
| 1.3.4 自旋流的泵浦注入 |
| 1.4 自旋流的界面、介质传输 |
| 1.4.1 自旋流界面注入 |
| 1.4.2 自旋流的介质传输 |
| 1.5 逆自旋霍尔效应与自旋流的探测 |
| 1.6 本论文的结构安排 |
| 第二章 理论及实验基础 |
| 2.1 理论基础与测试系统 |
| 2.1.1 FM/NM异质结中的铁磁共振与自旋泵浦效应 |
| 2.1.2 自旋泵浦效应测试系统搭建 |
| 2.1.3 FM/NM异质结中的逆自旋霍尔效应 |
| 2.1.4 逆自旋霍尔效应测试系统搭建 |
| 2.2 薄膜样品制备及性能表征方法的简介 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 YIG磁性异质结的自旋泵浦效应研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 CFAS薄膜的制备工艺及性能表征 |
| 3.3 YIG/CFAS异质结的动态磁化特性 |
| 3.4 YIG/CFAS异质结的静态磁化特性 |
| 3.5 YIG/Cu/CFAS结构的磁化特性研究 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 YIG/Pt异质结中界面化学态相关的可恢复自旋泵浦效应 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Ar~+轰击对YIG/Pt异质结界面结构的影响 |
| 4.3 Ar~+轰击与化学恢复处理对YIG/Pt异质结自旋泵浦效应的影响 |
| 4.4 YIG表面化学处理影响YIG/Pt异质结自旋注入效率的机理研究 |
| 4.4.1 不同YIG表面化学处理下YIG/Pt异质结自旋注入效率的变化 |
| 4.4.2 YIG表面化学处理对YIG/Pt界面结构的影响 |
| 4.4.3 YIG表面化学处理对Pt磁近邻效应的影响 |
| 4.4.4 YIG表面化学处理对YIG/Pt界面化学态的影响 |
| 4.5 Ar~+轰击对YIG/Pt异质结界面化学态的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 YIG/Ge Bi/Pt结构的自旋传输特性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Ge_(1-x)Bi_x薄膜的制备工艺与性能表征 |
| 5.3 YIG/Ge_(1-x)Bi_x界面处自旋传输特性 |
| 5.4 自旋流在Ge_(1-x)Bi_x介质层内的传输特性 |
| 5.5 Ge_(1-x)Bi_x介质层禁带宽度对自旋传输特性的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 具有大自旋霍尔角的Pt Sn自旋探测材料研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 Pt_(1-x)Sn_x合金薄膜的制备与结构表征 |
| 6.3 YIG/Pt_(1-x)Sn_x异质结的自旋泵浦效应研究 |
| 6.4 YIG/Pt_(1-x)Sn_x异质结的逆自旋霍尔效应研究 |
| 6.5 Pt_(1-x)Sn_x合金巨自旋霍尔角来源分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（9）高自旋霍尔角半导体及合金薄膜制备及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 霍尔效应和半导体自旋注入的国内外研究历史与现状 |
| 1.3 本文的主要贡献与创新 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 铁磁共振技术及自旋霍尔效应的相关理论 |
| 2.1 磁性起源与磁性能量 |
| 2.2 磁共振相关理论 |
| 2.3 自旋泵浦效应 |
| 2.4 自旋霍尔效应与逆自旋霍尔效应 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 薄膜制备技术与实验测试技术 |
| 3.1 薄膜制备技术 |
| 3.1.1 磁控溅射生长原理 |
| 3.1.2 分子束外延生长技术 |
| 3.2 实验测试方法 |
| 3.2.1 X射线衍射技术 |
| 3.2.2 拉曼光谱技术 |
| 3.2.3 原子力显微镜技术 |
| 3.2.4 透射电镜技术 |
| 3.2.5 X射线光电子能谱技术 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 半导体高自旋注入与激光调制的逆自旋霍尔效应研究 |
| 4.1 YIG/Ge、YIG/Ge Sn异质结制备与微观结构分析 |
| 4.1.1 YIG/Ge、YIG/Ge Sn异质结制备 |
| 4.1.2 YIG/Ge、YIG/Ge Sn异质结的XRD、拉曼、AFM测试 |
| 4.1.3 YIG/Ge、YIG/Ge Sn异质结的TEM测试微观结构 |
| 4.2 YIG/Ge、YIG/Ge Sn异质结自旋泵浦效应研究 |
| 4.2.1 实验室自主搭建的FMR测试系统 |
| 4.2.2 自旋泵浦效应研究 |
| 4.3 YIG/Ge、YIG/Ge Sn异质结激光调制的逆自旋霍尔效应研究 |
| 4.3.1 自旋注入技术与自旋调控技术 |
| 4.3.2 激光调制的逆自旋霍尔效应研究 |
| 4.4 YIG/Ge、YIG/Ge Sn异质结激光调制的铁磁共振研究 |
| 4.4.1 最简化kittel公式推导 |
| 4.4.2 激光调制的自旋泵浦效应研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 YIG/Pt_8Gd_2和YIG/Ta W_3高自旋霍尔角新材料研究 |
| 5.1 YIG/Pt_8Gd_2异质结制备与微观结构分析 |
| 5.1.1 YIG作为磁性层的原因 |
| 5.1.2 YIG/Pt_8Gd_2异质结制备 |
| 5.1.3 YIG/Pt_8Gd_2异质结XRD和 XPS微观结构研究 |
| 5.1.4 YIG/Pt_8Gd_2异质结TEM微观结构研究 |
| 5.2 YIG/Pt_8Gd_2异质结自旋泵浦效应研究 |
| 5.2.1 YIG/Pt_8Gd_2异质结的铁磁共振图谱 |
| 5.2.2 YIG/Pt_8Gd_2异质结自旋泵浦效应研究 |
| 5.3 YIG/Pt_8Gd_2、YIG/Ta W_3异质结逆自旋霍尔效应研究 |
| 5.3.1 自主搭建的逆自旋霍尔效应测试系统 |
| 5.3.2 国际单位制统一 |
| 5.3.3 YIG/Pt_8Gd_2异质结逆自旋霍尔效应研究 |
| 5.3.4 自旋霍尔角提取公式研究 |
| 5.3.5 自旋霍尔效应的三种散射机制 |
| 5.3.6 YIG/Pt_8Gd_2异质结逆自旋霍尔原始数据 |
| 5.3.7 YIG/Ta W_3异质结逆自旋霍尔效应研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（10）VNA-FMR铁磁共振仪的测试数据后处理软件编制及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 微波腔铁磁共振 |
| 1.2.2 宽频带铁磁共振 |
| 1.2.3 其它类型铁磁共振测试方法 |
| 1.3 本论文工作概述 |
| 第二章 理论基础 |
| 2.1 铁磁体中的能量 |
| 2.1.1 塞曼能 |
| 2.1.2 退磁能 |
| 2.1.3 各向异性能 |
| 2.1.4 交换能 |
| 2.1.5 磁体中能量的最小化 |
| 2.2 磁化动力学基础 |
| 2.2.1 磁矩进动方程 |
| 2.2.2 铁磁共振条件 |
| 2.2.3 动态磁化率 |
| 2.2.4 自旋波 |
| 2.3 磁性弛豫理论与线宽成分 |
| 2.3.1 磁性弛豫理论概述 |
| 2.3.2 铁磁共振线宽成分 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 宽带铁磁共振测试数据后处理软件编制 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 VNA-FMR测试系统概述 |
| 3.3 数据后处理软件的设计实现 |
| 3.3.1 基于面向对象思想的MATLAB GUI程序设计 |
| 3.3.2 数据集的伪彩图显示 |
| 3.3.3 VNA-FMR定频扫场法数据处理模块 |
| 3.3.4 VNA-FMR定场扫频法数据处理模块 |
| 3.3.5 Phase-FMR扫场法数据处理模块 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 NiFe基铁磁复合磁性薄膜的制备及性能表征 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 NiFe-YIG复合膜的制备及表征方法概述 |
| 4.2.1 薄膜制备工艺 |
| 4.2.2 样品表征方法 |
| 4.3 变组分NiFe-YIG复合膜的线宽组成分析 |
| 4.3.1 变组分NiFe-YIG复合膜的制备与结构表征 |
| 4.3.2 变组分NiFe-YIG复合膜的线宽成分分析 |
| 4.4 功率对NiFe-YIG复合膜的影响 |
| 4.5 结论 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
四、YIG薄膜制备方法研究（论文参考文献）
- [1]铁磁/非磁金属薄膜异质结中自旋输运的界面调控[D]. 刘前标. 北京科技大学, 2022
- [2]磁交换作用对磁性薄膜自旋波共振的研究[D]. 杜帅. 青岛大学, 2021
- [3]基于磁性绝缘体的磁子器件及其磁子输运性质研究[D]. 郭晨阳. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2021(02)
- [4]脉冲激光沉积制备铁石榴石薄膜及其磁性能研究[D]. 陈姝瑶. 哈尔滨工业大学, 2021
- [5]异相铜氧化物中的自旋输运研究[D]. 沙榕昕. 大连理工大学, 2021(01)
- [6]基于磁性绝缘体/金属双（多）层膜的自旋塞贝克效应研究[D]. 罗健. 西南科技大学, 2021(08)
- [7]氧化物薄膜与异质结生长及其磁光研究[D]. 沈磊. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [8]重金属/磁绝缘体自旋异质结材料及新效应研究[D]. 李明明. 电子科技大学, 2021(01)
- [9]高自旋霍尔角半导体及合金薄膜制备及性能研究[D]. 朱虹宇. 电子科技大学, 2021(01)
- [10]VNA-FMR铁磁共振仪的测试数据后处理软件编制及应用[D]. 郑博含. 电子科技大学, 2021(01)