基于反常霍尔效应的自旋整流研究

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本论文提出了铁磁金属材料中基于反常霍尔效应(AHE)的自旋整流机制,并以Co90Zr10非晶磁性薄膜为载体,对此效应进行了系统的研究。实验发现动态磁化强度尤其是薄膜面外分量可以通过AHE将铁磁体内部的动态电流转换为横向的直流霍尔电压。基于此效应,我们实现了利用直流电效应研究磁化强度动力学的方法,并获得了Co90Zr10薄膜的动态磁性参数。同时,也可以实现微波磁场方向的局域测量。1提出了基于反常霍尔效应的自旋整流机制。结合反常霍尔效应机制与磁化强度动力学结果,联立求解描述磁化强度动力学的LLG方程与反常霍尔效应经验公式,建立了基于反常霍尔效应的自旋整流理论。理论发现动态磁化强度的面外分量可以将铁磁体内部的动态电流转换为直流霍尔电压。由于此霍尔电压来源于外界微波与动态磁化强度间的相互作用,基于此进一步提出了利用这种效应研究磁化强度动力学与微波磁场矢量探测的方法。2利用Co90Zr10非晶磁性薄膜验证了基于反常霍尔的自旋整流机制,并提出了利用局域微波磁场的矢量探测方法。由于Co90Zr10非晶磁性薄膜其内部混乱的晶体结构导致了这种材料具有非常弱的各向异性磁电阻效应,但同时具有明显的反常霍尔效应,是一种良好的用来验证反常霍尔整流的材料载体。利用超净室工艺制备出微米量级的霍尔器件,通入微波电流并获得直流的霍尔整流信号。研究了整流电压的角度依赖关系,获得了角分辨的自旋整流谱,从而验证了反常霍尔的整流机制。另一方面,实现了局域的微波磁场矢量探测。3利用反常霍尔效应的自旋整流机制实现了材料的动态磁性参数的测定。利用反常霍尔自旋整流的方法研究了共振展宽和阻尼因子的厚度依赖关系,并对两个参量的厚度依赖规律做出解释。实验发现零频展宽的厚度依赖规律和薄膜的生长过程中薄膜表面粗糙程度的变化有关,越粗糙的表面对应越大的共振展宽;阻尼因子随厚度的变化主要和薄膜的微结构变化相关,薄膜生长过程中逐渐形成的纳米晶体颗粒导致的材料混乱度增大,是导致阻尼增强的主要原因。
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