[发明专利]一种自旋电子异质结及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自旋电子异质结及其制备方法，其中，制备方法包括步骤：在单晶衬底上制备Tm₃Fe₅O₁₂薄膜；在所述Tm₃Fe₅O₁₂薄膜上溅射Cu层，制得Cu/Tm₃Fe₅O₁₂异质结；将所述Cu/Tm₃Fe₅O₁₂异质结放置在空气中进行自然氧化，制得CuO_x/Tm₃Fe₅O₁₂异质结，其中，x大于0小于1。本发明利用Cu的自然氧化形成CuO_x，也能产生自旋霍尔效应，且自旋轨道力矩转化效率与Pt相当的原理，制得的CuO_x/Tm₃Fe₅O₁₂异质结具有垂直磁各向异性，且Cu的自然氧化能够增强自旋轨道力矩转化效率，使得该异质结的自旋轨道力矩转化效率为0.018。

技术领域

本发明涉及异质结技术领域，尤其涉及一种自旋电子异质结及其制备方法。

背景技术

亚铁磁绝缘体材料在自旋电子领域有着广泛的应用。因具有较高的居里温度、高电阻率和高频下低磁性损失的特点，稀土铁石榴石(Re₃Fe₅O₁₂,Re是稀土元素，通常为Y，Tm，Tb，Gd等)被视为一种理想的亚铁磁绝缘体材料，其在磁性存储领域有着潜在的应用。由于重金属的强自旋轨道效应，大量文献报道了基于重金属(Pt、Ta、W)/稀土铁石榴石异质结的量子反常霍尔效应现象。但是，重金属材料的稀缺性极大地限制了其在自旋电子器件领域的潜在商业应用。轻金属材料的资源非常丰富，但是与重金属相比，其自旋轨道效应很弱。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自旋电子异质结及其制备方法，旨在解决现有轻金属与稀土铁石榴石形成的异质结自旋轨道力矩转化效率较低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种自旋电子异质结的制备方法，其中，包括步骤：

在单晶衬底上制备Tm₃Fe₅O₁₂薄膜；

在所述Tm₃Fe₅O₁₂薄膜上溅射Cu层，制得Cu/Tm₃Fe₅O₁₂异质结；

将所述Cu/Tm₃Fe₅O₁₂异质结放置在空气中进行自然氧化，制得CuO_x/Tm₃Fe₅O₁₂异质结，其中，x大于0小于1。

所述自旋电子异质结的制备方法，其中，在单晶衬底上制备Tm₃Fe₅O₁₂薄膜的步骤包括：

以Tm₃Fe₅O₁₂陶瓷靶作为靶材，在真空度小于5x10^-8mT的条件下，采用射频溅射的方式在所述单晶衬底上溅射Tm₃Fe₅O₁₂薄膜。

所述自旋电子异质结的制备方法，其中，在所述单晶衬底上溅射Tm₃Fe₅O₁₂薄膜的过程中，通入氩气和氧气，其中，氧气流量为1-5％的氩气流量。