单晶铁磁金属/重金属异质结构中自旋-轨道力矩效应研究

批准号:
11474066
项目类别:
面上项目
资助金额:
95.0 万元
负责人:
吴义政
依托单位:
学科分类:
A2007.磁学及自旋电子学
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
李军学、肖夏、丁钊、骆泳铭、火炎、梁建辉、孙璐、杨煜、周超
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中文摘要
铁磁金属/重金属异质结构中的自旋-轨道力矩作用,可以利用非磁金属中的电流调控铁磁层中磁畴的翻转、畴壁的移动以及自旋动力学行为,是近年来发现的一种自旋-轨道耦合驱动的新型磁学效应,具有丰富的物理内涵和广阔的应用前景,但其内在物理机制还存在重大争论。本项目申请将利用分子束外延技术在绝缘衬底上外延生长单晶磁性金属/重金属异质薄膜,在高质量单晶外延薄膜体系内探索重金属中自旋-轨道耦合效应对于铁磁层磁性的调控,研究重金属中自旋-轨道耦合作用对自旋相关输运的影响;通过系统调控薄膜厚度、界面性质、电流方向以及磁场方向来正确区分界面Rashba效应和自旋霍尔效应贡献,厘清自旋-轨道力矩的内在机制,并追求新的物理发现;探索增强自旋-轨道力矩的方法,并利用自旋-轨道力矩效应设计新型的自旋电子器件;探索自旋-轨道力矩效应对自旋动力学效应影响及其微观物理机制。
英文摘要
Through the current in the non-magnetic layer, the spin-orbit torque effect in metallic ferromagnet/heavy metal heterostructure can be used to tune the reveral of magnetic domain, domain wall motion and the spin dynamics properties in the ferromagnetic layer. The spin-orbit torque effect is a recently discovered physics effect driven by the spin-orbit coupling, which exhibits abundant physical phenomina and great potential applications in spintronic devices, but its physics mechanism still remains strong controversy. In this proposal, we will use the Molecular Beam Epitaxy to grow single crystalline metallic ferromangetic/ heavy metal heterostructure, and study the spin-orbit torque effect in high quality single crystalline films. The main task is to study the effect of the spin-orbit coupling in the heavy metal film on the magentic properties and the spin-related transport properties in the magnetic layers. By tuning the film thickness, the interface property and the orientations of the current and magnetic field, we hope to correctly separate its contributions from the interface Rashba effect and Spin-Hall effect, and to figure out the physics mechanism of the spin-orbit torque effect, and try to find new physical phenomena related. We will try to search the methods and the systems to enhance the spin-orbit torque effect, and unilize this effect to design new spintronics device. We will study how the spin-orbit torque can influence the spin dynamics properties in the magnetic layer and its physics mechanism.
本项目主要是利用分子束外延和激光分子束外延技术生长单晶铁磁薄膜、铁磁/非磁异质薄膜,制备磁性纳米结构,通过微波激发铁磁共振、非局域自旋阀自旋输运,以及超快激光激发等方法,研究单晶体系中自旋-轨道耦合作用驱动下的自旋相关输运效应的晶体各向异性、界面效应和超快特性,探索其中自旋相关输运现象和物理机制。经过四年的项目实施,我们共发表研究论文37篇, 其中 Phys. Rev. Lett.1篇、Nature communication 3篇(合作),Phys. Rev. B/Applied 11篇、Appl. Phys. Lett. 5篇,scientific report 1篇。 在国际重要学术会议做邀请报告4次,并组织国内学术会议1次。毕业研究生10名,其中博士8名,硕士2名。 .本项目取得的科学研究成果主要有:1) 在铁磁/非磁异质体系中,研究了飞秒激光激发的超快自旋流在逆自旋霍尔效应作用下产生的超快太赫兹发射,同时首次在Fe/Ag/Bi体系发现了界面逆Rashba-Edelstein效应导致的超快太赫兹发射。 2)研究了基于平面波导的铁磁共振测量和自旋-轨道耦合作用下的单向磁电阻,分离了单晶Pt/Fe(001)体系共线和非共线磁化状态下的自旋整流效应,以及非共振条件下的自旋泵浦效应与热效应,同时发现了Pt/Fe(001)体系中的单向磁电阻随温度的变号行为。3)在单晶外延磁性薄膜中研究了磁电阻效应和磁光克尔效应的磁晶各向异性,在单晶CoFe(001)合金薄膜中发现了磁电阻的巨大电流取向各向异性,首次发现了其中铁磁共振Gilbert弛豫系数随着磁矩取向的巨大各向异性。4) 制备了多种磁性微纳器件,研究了其中的自旋-轨道耦合相关现象:在非局域自旋阀结构中发现了多晶Cu纳米线中各向异性的自旋弛豫现象;制备了人工自旋冰结构,并首次利用一阶反转曲线方法研究并理解其磁化反转行为;制备了FeNi磁性圆盘并研究了其中的低能激发态。另外,利用微磁学模拟,我们研究了各向异性DM作用下的反斯格明子产生及其电流驱动行为,并指出特定角度下的自旋极化电流不会产生斯格明子霍尔效应,有助于提高斯格明子的运动极限速度。通过本项目的实施,达到了原定研究目标。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Anisotropic spin relaxation induced by surface spin-orbit effects
表面自旋轨道效应引起的各向异性自旋弛豫
DOI:10.1103/physrevb.96.094413
发表时间:2017-09
期刊:PHYSICAL REVIEW B
影响因子:3.7
作者:Zhou Chao;K;az Fatih;Cai Yunjiao;Qin Chuan;Jia Mengwen;Yuan Zhe;Wu Yizheng;Ji Yi
通讯作者:Ji Yi
Spin Hall effects in mesoscopic Pt films with high resistivity
高电阻率介观 Pt 薄膜中的自旋霍尔效应
DOI:10.1088/0022-3727/49/41/415002
发表时间:2015-03
期刊:Journal of Physics D: Applied Physics
影响因子:--
作者:Qin Chuan;Luo Yongming;Zhou Chao;Cai Yunjiao;Jia Mengwen;Chen Shuhan;Wu Yizheng;Ji Yi
通讯作者:Ji Yi
Low probability of bulk spin-flip in mesoscopic Cu wires
介观铜线中整体自旋翻转的可能性较低
DOI:10.1088/0022-3727/49/18/185003
发表时间:2016
期刊:Journal of Physics D: Applied Physics
影响因子:--
作者:Cai Yunjiao;Luo Yongming;Zhou Chao;Qin Chuan;Chen Shuhan;Wu Yizheng;Ji Yi
通讯作者:Ji Yi
Asymmetric anisotropic magnetoresistance in epitaxial Fe3O4 thin films
外延 Fe3O4 薄膜中的不对称各向异性磁阻
DOI:10.1016/j.physleta.2015.05.006
发表时间:2015-09
期刊:Physics Letters A
影响因子:2.6
作者:Chen B L;Ding Z;Ma D H;Li J X;Xiao X;Wu Y Z
通讯作者:Wu Y Z
Ultrafast modulation of exchange-coupling induced anisotropy in Fe/CoO by laser induced charge transfer
通过激光诱导电荷转移超快调制 Fe/CoO 中交换耦合诱导的各向异性
DOI:10.1063/1.4982236
发表时间:2017-04
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Zheng Z;Li Q;Shi J Y;Gu T;Wang Z Y;Shen L Q;Jin F;Yuan H C;Zhang R J;Chen L Y;Wu Y Z;Zhao H B
通讯作者:Zhao H B
高电导单晶磁性金属薄膜中自旋相关输运特性研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55万元
- 批准年份:2022
- 负责人:吴义政
- 依托单位:
光学显微探测反铁磁磁畴及其在外场下的演化
- 批准号:11974079
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:吴义政
- 依托单位:
磁性多层膜中自旋流的产生、传输和探测规律及其应用
- 批准号:11734006
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:330.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:吴义政
- 依托单位:
反铁磁单晶超薄膜自旋结构和自旋输运研究
- 批准号:11274074
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:93.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:吴义政
- 依托单位:
单晶绝缘薄膜中自旋相关隧穿机制实验研究
- 批准号:10604015
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:35.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:吴义政
- 依托单位:
单晶薄膜中的自旋转移力矩效应研究
- 批准号:10544003
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:吴义政
- 依托单位:
国内基金
海外基金
