亞鐵磁薄膜異質(zhì)結(jié)生長(zhǎng)及自旋波傳輸與調(diào)控研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-28 19:11
為實(shí)現(xiàn)下一代通信系統(tǒng)（5G/6G）的片上集成和直接微波段信號(hào)處理,自旋波薄膜晶圓、自旋波片上集成器件、自旋波的傳輸與調(diào)控機(jī)制研究成為當(dāng)今世界上關(guān)注熱點(diǎn)之一。本文基于國(guó)家重大研究計(jì)劃項(xiàng)目及課題的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo),探索了液相外延法生長(zhǎng)超低損耗磁性石榴石薄膜晶圓技術(shù),設(shè)計(jì)并制備出磁絕緣體/重金屬自旋異質(zhì)結(jié),設(shè)計(jì)了帶有激發(fā)/接收薄膜微帶天線的YIG自旋波傳輸器件,探索了逆自旋霍爾效應(yīng),搭建了鐵磁共振線寬測(cè)試、逆自旋霍爾效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)、自旋波測(cè)試系統(tǒng)并發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)自旋波新效應(yīng),研究了自旋波在磁性絕緣體中的輸運(yùn)機(jī)制并成功制備成自旋波器件。尤其是深入研究了亞微米級(jí)到納米級(jí)釔鐵石榴石薄膜外延生長(zhǎng)技術(shù)以及磁特性調(diào)控方法,突破了超低損耗磁性薄膜的鐵磁共振微帶波導(dǎo)高精度測(cè)量技術(shù)瓶頸,探討了自旋波激發(fā)探測(cè)天線技術(shù)以及用于傳輸前向體波,并制備具有面外各向異性的低損耗薄膜與器件等。具體如下:1)為了實(shí)現(xiàn)超低磁損耗和器件集成化,首先研究了亞微米級(jí)自旋波單晶YIG薄膜調(diào)控外延生長(zhǎng),利用液相外延技術(shù)制備了厚度在100 nm-1000 nm的純YIG和摻雜La:YIG薄膜。通過(guò)與厚度相關(guān)的靜磁特性比較給出了以下結(jié)論:其一是純Y...
【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：121 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
自旋波傳輸模式以及對(duì)應(yīng)色散曲線
第一章緒論7側(cè)邊刻蝕的周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，如圖1-2（c）所示，通過(guò)微磁學(xué)仿真揭示了磁振子晶體產(chǎn)生自旋波禁帶的物理機(jī)理。如圖1-2（d）的結(jié)構(gòu)，是對(duì)YIG薄膜進(jìn)行周期性刻槽形成的磁振子晶體結(jié)構(gòu)，不同的是此文研究了后向體波的能帶特點(diǎn)。（a）（b）（c）（d）圖1-2磁振子晶體結(jié)構(gòu)。（a）周期性Ms磁振子晶體；（b）可調(diào)光柵熱致磁振子晶體；（c）周期性波導(dǎo)磁振子晶體；（d）周期性刻蝕槽磁振子晶體1.2.3自旋短波以及疇壁傳輸自旋波短波長(zhǎng)自旋波和疇壁傳輸自旋波是自旋波研究中的難點(diǎn)，其對(duì)器件制備工藝，新材料和測(cè)試技術(shù)都提出了更高的要求。與自旋長(zhǎng)波一樣，最方便的自旋波激發(fā)方式是利用非均勻微波場(chǎng)，通過(guò)超窄共面波導(dǎo)或微帶線激發(fā)短波長(zhǎng)自旋波。2016年M.Krawczy等人制備的200nm波導(dǎo)線寬激發(fā)波長(zhǎng)370nm的自旋波[36]，但是窄的金屬線寬會(huì)帶來(lái)較大的電阻會(huì)影響微波的阻抗匹配，導(dǎo)致信號(hào)衰減和反射，極大影響測(cè)量結(jié)果。近幾年有利用自旋轉(zhuǎn)移矩來(lái)激發(fā)短波長(zhǎng)自旋波[37-41]，用STT激發(fā)自旋波主要問(wèn)題在于較大的翻轉(zhuǎn)磁矩電流閾值，使得器件功耗較大，并且在調(diào)節(jié)自旋波強(qiáng)度的過(guò)程中會(huì)遇到頻率移動(dòng)的問(wèn)題。磁渦旋態(tài)也可以激發(fā)短波長(zhǎng)自旋波，在反鐵磁耦合雙層膜系統(tǒng)中利用磁渦旋態(tài)激發(fā)了波長(zhǎng)125nm自旋波[42]。磁疇、疇壁傳輸自旋波是近兩年另外一個(gè)研究熱點(diǎn)，磁疇可以看成是自發(fā)形成的自旋波波導(dǎo)，磁疇包括疇和疇壁兩部分組成[43,44]，疇和疇壁都可以作為自旋波傳
第一章緒論9導(dǎo)恰好滿足了集成結(jié)構(gòu)的平面化特點(diǎn)。而小型化的共面波導(dǎo)技術(shù)極大的提高了自旋波波矢k和波矢k范圍Δk[66,67]，與此同時(shí)YIG超薄膜技術(shù)的成熟使得自旋波研究出現(xiàn)一股熱潮[68,69]。（a）（b）（c）圖1-3自旋波微波測(cè)量技術(shù)。（a）共面波導(dǎo)天線激發(fā)與探測(cè)；（b）微波探頭自旋波探測(cè)；（c）非接觸自旋波天線激發(fā)1.3.2自旋波光激發(fā)探測(cè)技術(shù)光子作為電磁波的量子，與自旋波之間存在耦合作用，同時(shí)光的熱效應(yīng)也能成為自旋波激發(fā)的原因之一。光激發(fā)自旋波[70,71]的主要方式就是利用飛秒激光的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)引發(fā)局域磁矩的翻轉(zhuǎn)帶來(lái)自旋波激發(fā)，光探測(cè)技術(shù)主要有兩種，一種是布里淵光散射技術(shù)，如圖1-4（a）所示，另外一種是時(shí)間分辨磁光克爾效應(yīng)（Time-ResolvedMagneto-OpticalKerrEffect，TR-MOKE）[49,72]。其中最受歡迎的自旋波探測(cè)技術(shù)是布里淵光散射儀[73,74]。布里淵光散射儀的物理基礎(chǔ)是磁振子引起的非彈性光子散射。通過(guò)分析入射到樣品上的探測(cè)光束的散射光，確定散射光子的頻率和波數(shù)，其中散射光子的強(qiáng)度與自旋波的強(qiáng)度成正比。BLS探測(cè)技術(shù)通常與微波激發(fā)技術(shù)相結(jié)合，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展成為較為成熟的探測(cè)技術(shù)，其空間分辨率可達(dá)250nm，并且時(shí)間分辨，相位分辨，波數(shù)分辨的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)[75-79]。TR-MOKE是基于磁光
本文編號(hào)：2944260
【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：121 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
自旋波傳輸模式以及對(duì)應(yīng)色散曲線
第一章緒論7側(cè)邊刻蝕的周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，如圖1-2（c）所示，通過(guò)微磁學(xué)仿真揭示了磁振子晶體產(chǎn)生自旋波禁帶的物理機(jī)理。如圖1-2（d）的結(jié)構(gòu)，是對(duì)YIG薄膜進(jìn)行周期性刻槽形成的磁振子晶體結(jié)構(gòu)，不同的是此文研究了后向體波的能帶特點(diǎn)。（a）（b）（c）（d）圖1-2磁振子晶體結(jié)構(gòu)。（a）周期性Ms磁振子晶體；（b）可調(diào)光柵熱致磁振子晶體；（c）周期性波導(dǎo)磁振子晶體；（d）周期性刻蝕槽磁振子晶體1.2.3自旋短波以及疇壁傳輸自旋波短波長(zhǎng)自旋波和疇壁傳輸自旋波是自旋波研究中的難點(diǎn)，其對(duì)器件制備工藝，新材料和測(cè)試技術(shù)都提出了更高的要求。與自旋長(zhǎng)波一樣，最方便的自旋波激發(fā)方式是利用非均勻微波場(chǎng)，通過(guò)超窄共面波導(dǎo)或微帶線激發(fā)短波長(zhǎng)自旋波。2016年M.Krawczy等人制備的200nm波導(dǎo)線寬激發(fā)波長(zhǎng)370nm的自旋波[36]，但是窄的金屬線寬會(huì)帶來(lái)較大的電阻會(huì)影響微波的阻抗匹配，導(dǎo)致信號(hào)衰減和反射，極大影響測(cè)量結(jié)果。近幾年有利用自旋轉(zhuǎn)移矩來(lái)激發(fā)短波長(zhǎng)自旋波[37-41]，用STT激發(fā)自旋波主要問(wèn)題在于較大的翻轉(zhuǎn)磁矩電流閾值，使得器件功耗較大，并且在調(diào)節(jié)自旋波強(qiáng)度的過(guò)程中會(huì)遇到頻率移動(dòng)的問(wèn)題。磁渦旋態(tài)也可以激發(fā)短波長(zhǎng)自旋波，在反鐵磁耦合雙層膜系統(tǒng)中利用磁渦旋態(tài)激發(fā)了波長(zhǎng)125nm自旋波[42]。磁疇、疇壁傳輸自旋波是近兩年另外一個(gè)研究熱點(diǎn)，磁疇可以看成是自發(fā)形成的自旋波波導(dǎo)，磁疇包括疇和疇壁兩部分組成[43,44]，疇和疇壁都可以作為自旋波傳
第一章緒論9導(dǎo)恰好滿足了集成結(jié)構(gòu)的平面化特點(diǎn)。而小型化的共面波導(dǎo)技術(shù)極大的提高了自旋波波矢k和波矢k范圍Δk[66,67]，與此同時(shí)YIG超薄膜技術(shù)的成熟使得自旋波研究出現(xiàn)一股熱潮[68,69]。（a）（b）（c）圖1-3自旋波微波測(cè)量技術(shù)。（a）共面波導(dǎo)天線激發(fā)與探測(cè)；（b）微波探頭自旋波探測(cè)；（c）非接觸自旋波天線激發(fā)1.3.2自旋波光激發(fā)探測(cè)技術(shù)光子作為電磁波的量子，與自旋波之間存在耦合作用，同時(shí)光的熱效應(yīng)也能成為自旋波激發(fā)的原因之一。光激發(fā)自旋波[70,71]的主要方式就是利用飛秒激光的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)引發(fā)局域磁矩的翻轉(zhuǎn)帶來(lái)自旋波激發(fā)，光探測(cè)技術(shù)主要有兩種，一種是布里淵光散射技術(shù)，如圖1-4（a）所示，另外一種是時(shí)間分辨磁光克爾效應(yīng)（Time-ResolvedMagneto-OpticalKerrEffect，TR-MOKE）[49,72]。其中最受歡迎的自旋波探測(cè)技術(shù)是布里淵光散射儀[73,74]。布里淵光散射儀的物理基礎(chǔ)是磁振子引起的非彈性光子散射。通過(guò)分析入射到樣品上的探測(cè)光束的散射光，確定散射光子的頻率和波數(shù)，其中散射光子的強(qiáng)度與自旋波的強(qiáng)度成正比。BLS探測(cè)技術(shù)通常與微波激發(fā)技術(shù)相結(jié)合，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展成為較為成熟的探測(cè)技術(shù)，其空間分辨率可達(dá)250nm，并且時(shí)間分辨，相位分辨，波數(shù)分辨的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)[75-79]。TR-MOKE是基于磁光
本文編號(hào)：2944260
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