FeCo基磁各向异性三层膜的光学模铁磁共振研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11674187
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    69.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2007.磁学及自旋电子学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The ferromagnetic resonance frequency of optical mode (OM) is usually far higher than that of acoustic mode (AM) in traditional exchange coupled FM/NM/FM trilayers. Nevertheless, the OM resonance is still difficult to be utilized in practice for a long time due to its tiny permeability. We prepared a magnetic anisotropy FeCoB/Ru/FeCoB trilayer with antiferromagnetic coupling between FeCoB layers. It is interesting to note that a pure OM ferromagnetic resonance with both high resonance frequency and high permeability was achieved. The magnetic anisotropy trilayer with high ferromagnetic resonance frequency, high permeability and low loss is promising for practical utilization. However, up to now, the enhancement mechanism of OM ferromagnetic resonance and the manipulation of the OM microwave performances are still unclear in the special trilayer. Therefore, in this project, firstly we will fabricate an antiferromagnetically coupling magnetic configuration with magnetic anisotropy ferromagnetic layers. The effects of interface and interlayer coupling on enhancement of OM resonance are studied using various nonmagnetic spacer materials with different thicknesses for optimizing the microwave performances of OM resonance. Secondly, the electron structures and magnetic interaction of the magnetic anisotropy trilayers will be calculated using the first-principle, and the experimental data of ferromagnetic resonance in the studied trilayers will be simulated using micro-magnetics method simultaneously. Based on the above analysis, the enhancement mechanism of OM resonance can be clarified and corresponding physical picture of OM resonance can be figured out. Thirdly, the various values of magnetic anisotropy field and interlayer exchange coupling field for the trilayer will be achieved by choosing suitable ferromagnetic and nonmagnetic materials, optimizing trilayer structure and fabrication process. Thus, the transformation rule between optical and acoustic modes will be obtained by analyzing the relationship between resonance mode and effective fields. As a result, the mode transformation will be realized in a controllable way. At last, we will emphasize on a special artificial structure with a controllable nonlinear magnetic configuration for understanding the transformation between OM and AM in common case. The magnetic configuration variation in the special artificial structure is realized by pinning the magnetic moments in one ferromagnetic layer at antiferromagnetic interface, and electrically rotating the ones in the other ferromagnetic layer at ferromagnetic/ferroelectric interface. As a result, the transformation mechanism of resonance modes in common case can be clarified via controlling the relatively moment orientation between ferromagnetic layers. This project would clarify the enhancement mechanism of optical mode resonance, manipulate the microwave performances, and provide theory and application basis for optical mode resonance.
虽然传统FM/NM/FM三层膜的光学模铁磁共振频率常远高于声学模,但因其磁导率低,无法实际应用。申请者通过控制磁构型,在磁各向异性且反铁磁耦合的FeCoB/Ru/FeCoB三层膜中得到了频率和磁导率双高的纯光学模共振,具备了实用化前景,但光学模共振增强机理及微波性能控制方法尚不清楚。本项目①构建磁各向异性反铁磁耦合磁构型,研究界面效应和层间耦合效应对光学模共振的影响,获得光学模共振微波性能优异的结构;②利用第一性原理研究体系的电子结构,微磁学模拟铁磁共振性能,从微观和宏观两方面阐明光学模共振增强机理及其物理图像;③研究磁各向异性对模式转换场、交换耦合作用对共振频率的影响,实现声/光模式可控转换;④利用反铁磁钉扎固定一个FM层磁矩,磁电耦合效应电控调节另一FM层磁矩取向,构建磁构型连续可控变化的人工结构,研究声/光全模式转换机理和综合利用途径。本项目将为光学模的实际应用奠定理论和实验基础。

结项摘要

本项目开展了超高频高磁导率光学模共振的机理、材料制备和性能调控研究,以期能够将其应用于自旋电子学器件和微波器件。主要内容和创新点如下:.1、超高频光学模共振的实现。利用成分梯度溅射方法制备了自偏置(外加磁场为零)单轴磁各向异性铁磁膜,并利用铁磁/非磁/铁磁(FM/NM/FM)三层膜的层间180°或90°耦合,成功将声学模抵消,使光学模共振增强,取得了突破性进展。获得了22.77 GHz且磁导率高达10左右的超高频光学模共振薄膜。突破了传统声学模共振频率低的瓶颈,为寻找超高频软磁材料开辟了新途径。.2、磁各向异性特征对光学模共振的决定作用。研究发现,单轴磁各向异性FM层耦合将得到单轴分布的很高的光学模共振频率;伞状分布的磁各向异性FM层耦合则得到光学模共振频率较高且全向分布的光学模共振;磁各向同性FM层耦合则无法得到共振信号。磁各向异性轴呈伞状分布的样品具有全向光学模共振特点,既具有很高的光学模共振频率,又具有各向几乎均等的特点。这种特点恰好解决了高频软磁薄膜的单轴磁各向异性和微波器件要求软磁材料各向同性的矛盾,必将为微波器件的设计提供更好的材料和更多的灵活性,促进该领域的快速发展。.3、光学模共振超晶格厚膜的研制。微波器件所需的软磁薄膜往往需要微米级厚度,而本项目研究的FM/NM/FM光学模共振单元只有50 nm。为了获得微米级厚膜,本项目提出了一种新方法:利用单元内强耦合获得高的光学模共振性能,利用单元间退耦合,消除单元干扰,在保证单元结构精确一致的前提下构建多层膜。目前实验室已制备20个光学模共振单元构成的微米级厚度的超晶格结构,且其共振频率依然高于14 GHz。超高频厚膜的成功研制解决了微波器件应用的后顾之忧,必将推动磁性微波器件的快速发展。.4、光学模共振的磁控声/光模式转换和电控转向。外磁场改变FM/NM/FM结构的反铁磁或90°耦合态将破坏光学模共振,使超高频(>10 GHz)光学模变成低频(~几 GHz)声学模。但所需外场(~100 Oe)只有将声学模推高到10 GHz以上所需磁场(>1200 Oe)的1/10,因此,通过层间耦合结构的磁构型改变实现声/光模式的转换是一种方便节能的方法。另外,利用磁电耦合效应可以在光学模共振不被破坏的前提下,将光学模共振转角90°。这些磁控模式转换和电控光学模转向将为多功能器件的设计提供很强的支撑作用。

项目成果

期刊论文数量(48)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
The influence of bias magnetization of nanoparticles on GMR sensor signal and sensitivity for the ultra-low concentration detection
纳米粒子偏磁化对超低浓度检测GMR传感器信号和灵敏度的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jmmm.2018.01.010
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Magnetism and Magnetic Materials
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Zhang Yang;Xu Jie;Cao Derang;Li Qiang;Zhao Guoxia;Sun Nian X.;Li Sh;ong
  • 通讯作者:
    ong
Influence of structural evolution on electrocaloric effect in Bi0.5Na0.5TiO3-SrTiO3 ferroelectric ceramics
Bi0.5Na0.5TiO3-SrTiO3铁电陶瓷结构演变对电热效应的影响
  • DOI:
    10.1063/1.5050826
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Li Feng;Li Jiahao;Zhai Jiwei;Shen Bo;Li Sh;ong;Zhou Mingxing;Zhao Kunyu;Zeng Huarong
  • 通讯作者:
    Zeng Huarong
The effect of the particle size and magnetic moment of the Fe3O4 superparamagnetic beads on the sensitivity of biodetection
Fe3O4超顺磁珠粒径和磁矩对生物检测灵敏度的影响
  • DOI:
    10.1063/1.5050034
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Zhang Yang;Xu Jie;Li Qiang;Cao Derang;Li Sh;ong
  • 通讯作者:
    ong
Band-notched ultrawide band antenna loaded with ferrite slab
装载铁氧体板的带隙超宽带天线
  • DOI:
    10.1063/1.4973437
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    Aip Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Wang Hao;Zong Weihua;Sun Nian X.;Lin Hwaider;Li Sh;ong
  • 通讯作者:
    ong
Microstructure and Electrochemical Performance of Co3O4 Nanopillars Calcinated at Various Temperatures
不同温度煅烧Co3O4纳米柱的微观结构和电化学性能
  • DOI:
    10.1166/jnn.2018.14248
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Nanoscience and Nanotechnology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Changkun;Li Qiang;Wang Xia;Xu Jie;Li Sh;ong
  • 通讯作者:
    ong

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其他文献

Si元素的添加对Ni_(43)Mn_(46)Sn_(11)合金磁热效应的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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Ni45.4+xMn41.5-xSn13.1 (x=0 , 1.5 , 3.0) 合金的结构和磁熵变研究
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  • 作者:
    李山东;林志平;王大伟;都有为;黄志高
  • 通讯作者:
    黄志高
第一性原理方法研究 CrTe 电子结构性质
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  • 期刊:
    金属功能材料
  • 影响因子:
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  • 作者:
    李山东;程唤龄;黄志高
  • 通讯作者:
    黄志高

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李山东的其他基金

基于光学模共振的超晶格软磁厚膜及其IC微磁电感的整合
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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