[发明专利]一种提高磁振子扩散长度的方法

说明书

本发明公开了一种提高磁振子扩散长度的方法，该方法首先通过脉冲激光沉积的方法在钆镓石榴石衬底上生长了40nm的YIG，之后通过磁控溅射的方法在YIG上制备了条形Pt电极。通过聚焦激光束照射样品表面，在被照射的部位会形成垂直样品表面的温度梯度。进而通过自旋塞贝克效应参数非平衡磁振子，非平衡磁振子通过面内进行扩散，当达到Pt电极时，会在Pt电极中产生逆自旋霍尔效应，进而产生电压。通过改变光斑的位置，来探测Pt中的电压，就可以探测到磁振子的扩散长度。本发明大大提高YIG磁振子的扩散长度。

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种提高磁振子扩散长度的方法。

背景技术

传统的电子器件，例如电阻、电容、电感、二极管、三极管、晶体管等等，通常只利用的电子的电荷属性，这时电子的移动会与晶格相碰撞，引起晶格振动的加剧，从而引起温度的升高，造成能量的浪费。如果利用电子另外一个属性——自旋，有望来构建更高效的电子器件，它一经提出，就受到了人们的广泛关注。自旋电子器件中的自旋流不同于以往的电荷流，它一个最主要的特点就是不需要电子的移动，这样就大大降低了声子对电子的散射，从而也降低了焦耳热的产生，这对微观器件的使用是非常有意义的，因为当器件降低到纳米尺度时，由于材料电阻的增加，即使是金属材料，都会具有很大的电阻。而自旋信息的传递不需要电子的移动，只需要自旋角动量的转移即可实现，所以不局限于材料的导电性，因此可以从更广的范围去选取相关的材料。如果利用自旋属性作为记忆单元的话，也具有很大的优点，因为对自旋方向的改变所需的能量较低，这对降低器件的功耗有重大的意义。

Y₃Fe₅O₁₂（YIG）作为一种室温铁磁绝缘体，是自旋电子器件一种非常重要的材料，它内部的阻尼小，因此磁振子的扩散长度是目前发现的材料中最长的，然而即便是在YIG中，磁振子扩散长度只有几微米，对于实际的应用还需要极大的提高，据国外一些期刊报到，目前通过实验测得的磁振子扩散长度通常在几微米左右，提高磁振子的扩散距离无疑对自旋电子学器件性能的提高有着重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于，提出了一种提高磁振子扩散长度的方法，该方法将通过激光来改变YIG中的电子组态，从而改变YIG磁振子的色散关系，使得磁振子软化，从而增加磁振子的扩散长度，能够使磁振子扩散长度可以达到几百微米。

其技术方案如下：

一种提高磁振子扩散长度的方法，包括以下步骤：

首先通过脉冲激光沉积的方法在钆镓石榴石衬底上生长了40nm的YIG，厚度通过对X射线小角衍射的结果进行拟合后得到，之后通过磁控溅射的方法在YIG上制备了条形Pt电极。通过聚焦激光束照射样品表面，激光通过透镜进行聚焦，光斑面积通过红外微距摄像头来测试，其直径为20μm。在被照射的部位会形成垂直样品表面的温度梯度。进而通过自旋塞贝克效应产生非平衡磁振子，非平衡磁振子通过面内进行扩散，当达到Pt电极时，会在Pt电极中产生逆自旋霍尔效应，进而产生电压。通过改变光斑的位置，来探测Pt中的电压，其电压是随光斑与Pt电极之间的距离呈指数衰减的，通过以下公式拟合电压与距离的关系，就可以探测到磁振子的扩散长度。

V_ISHE=V_oexp(-x/ξ)

其中V_ISHE即为逆自旋霍尔效应电压，V₀为归一化常数，x为电极与光斑的距离，ξ为磁振子的扩散长度。整个实验在常温常压下进行。

本发明的有益效果为：

本发明将通过激光来改变YIG中的电子组态，从而改变YIG磁振子的色散关系，使得磁振子软化，从而增加磁振子的扩散长度，能够使磁振子扩散长度可以达到几百微米，大大提高YIG磁振子的扩散长度。

附图说明

图1磁控溅射的方法的实验装置；