[发明专利]一种具有选择性滤波特性的自旋波起偏器

说明书

本发明属于磁性器件技术领域，具体为一种具有选择性滤波特性的自旋波起偏器。该自旋波起偏器基于具有DMI效应的反铁磁材料或人工反铁磁结构，其结构为一反铁磁纳米线，该纳米线中存在两块磁化方向相反的磁畴与介于两者之间的磁畴壁。当体系具有DMI效应时，平行于磁畴壁的线偏模式能够无反射通过，垂直于磁畴壁的线偏模式会被反射，由此对不同偏振模式自旋波的选择性过滤，达到了起偏器的效果。通过调控纳米线的排布方向以及磁畴壁在纳米线中的位置，本发明可以实现任意方向的线偏过滤。本发明结构简单，易于制备，功耗小，易与现有电子芯片技术结合，可用于有效操控自旋波的偏振特性并实现进一步的逻辑运算。

技术领域

本发明属于磁性器件技术领域，具体涉及一种具有选择性滤波特性的自旋波起偏器。

背景技术

自旋是继现代以电子，光为信息载体的下一代信息技术的理想信息载体。自旋波是磁性绝缘材料中磁的激发态，可有效的携带自旋信息。不同于磁性导体材料中携带自旋信息的导电电子，自旋波的传输基于铁磁绝缘材料，不需要借助于电子在原子间的移动，因此能更加有效的减小传输过程中的损耗。同时自旋波易激发，易检测，信息存贮密度大，功耗小，易耦合，与现有工业技术整合性好。

构建处理自旋信息的基础部件如自旋波二极管，自旋波三极管以及自旋波起偏器等是构建更为复杂的自旋信息功能器件和自旋信息功能系统的关键。自旋波起偏器是一种具有最简单结构的调控自旋波偏振状态的基础部件。在反铁磁（或人工反铁磁）系统中，信息“1”和“0”可分别与自旋波的不同偏振状态相对应，对自旋波偏振状态的调控意味着实现了对信息的处理。目前为止尚未有对自旋波偏振状态进行调制的器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有选择性滤波特性的自旋波起偏器。

本发明提供的自旋波起偏器，是在具有DMI(Dzyaloshinskii-MoriyaInteraction, Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用)效应的反铁磁材料（或人工反铁磁结构）上构造的磁结构，利用磁畴壁对不同偏振自旋波的通过率不同来实现调制自旋波偏振状态的功能。所述磁结构为一垂直磁化的反铁磁纳米线，该纳米线中存在两块相反磁取向的磁畴以及在磁畴之间自然形成的磁畴壁。自旋波从纳米线的一端输入，通过磁畴壁后从纳米线的另一端输出。其中偏振方向平行于x方向的自旋波定义为“x偏振自旋波”，偏振方向平行于y方向的自旋波定义为“y偏振自旋波”

本发明提供的自旋波起偏器，其功能为，当输入自旋波起偏器的自旋波处在任意偏振状态时（如圆偏振、椭圆偏振或无规则偏振，平行于磁畴壁方向的线偏状态除外），仅某一特定线性偏振状态（平行于磁畴壁方向）的自旋波能够被输出。

本发明中，自旋波起偏器对于偏振状态的选择特性依赖于DMI的具体形式。当DMI效应为体DMI效应（Bulk DMI）时，磁畴壁的种类为布洛赫壁（Bloch Wall），此时自旋波起偏器会选择性输出与磁畴壁平行的偏振状态，即Y方向线偏自旋波；当DMI效应为界面DMI效应时（Interfacial DMI）,磁畴壁的种类为奈尔壁（Neel Wall），此时自旋波起偏器会选择性输出与磁畴壁平行的偏振状态，即X方向线偏自旋波。

本发明基于反铁磁绝缘材料，从而其载流子只包含自旋波。

本发明所述的选择性滤波特性，其主要原理为，当处在某一线性偏振状态下的自旋波（例如X方向线偏）通过该自旋波起偏器结构后会被有效地反射从而被阻断；对于与其正交的另外一种偏振模式（例如Y方向线偏）的自旋波，则能够无反射地通过起偏器。下面将阐述这一现象的主要科学原理：

在带有DMI效应的反铁磁材料中，磁的动力学方程由LLG(Landau-Lishitz-Gilbert)方程描述：

（1）