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
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:
2022
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
丁海峰、齐静波、周超、沈茜、贾孟文、余睿、李小霞、储隽伟、吴春春
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中文摘要
对磁性多层膜中自旋流的产生、输运与检测进行深入研究,提高自旋流的产生和探测效率,研究自旋流的输运规律,将有助于设计、构建新型的自旋流电子器件,对于自旋电子学研究的进一步发展、探索后摩尔时代新技术具有重要意义。本项目申请将:(1)利用铁磁共振自旋泵浦效应和温度梯度自旋塞贝克效应两种实验方法研究自旋流从铁磁层向非磁层的稳态注入,探索铁磁/非磁界面的自旋流注入机理以及界面自旋-轨道耦合作用如何影响自旋注入效率,正确标定磁性材料体系的自旋霍尔角和自旋扩散长度,寻找同时具有较大的自旋霍尔角和较长的自旋扩散长度的材料;(2)利用飞秒激光产生飞秒尺度超快自旋流,并利用超快太赫兹产生实现超快自旋流的探测,研究磁性多层膜中超快自旋流的注入和输运规律,以及其与稳态自旋流传输规律的差异,探索新型超快自旋流-电荷流转换机制,提高超快太赫兹产生的效率,发现新型的超快自旋流的应用。
英文摘要
We plan to carry out the studies of the generation, transport and detection of the pure spin current, aiming for understanding its underlying mechanism and raise the efficiencies of the pure spin current generation and detection. The outline of our studies is described as: (1) combine the experimental approaches of spin pumping and spin Seeback effect to study the static injection of the pure spin current from ferromagnetic layer to nonmagnetic layer, unveil the pure spin current injection mechanism and understand the effects of spin-orbit coupling strength and interface roughness etc., on the spin injection; develop the methods to quantify the spin Hall angle and spin diffusion length, at the mean time, search for the high quality materials which have both large spin Hall angle and long spin diffusion length; (2) Utilize the ultrafast THz generation to probe the law of injection and transport of the ultrafast pure spin current generated by the femtosecond laser; find the similarity and differences between the static and ultrafast nonequilibrium pure spin current; raise the efficiency of the ultrafast THz generation and explore the new applications of the ultrafast pure spin current. These studies will be beneficial for design and construction of the pure spin current based novel low-power spintronic devices and will make an important step for exploring the next generation information technology in the coming post-Moore era.
对磁性多层膜中自旋流的产生、输运与检测进行深入研究,提高自旋流的产生和探测效率,研究自旋流的输运规律,将有助于设计、构建新型的自旋流电子器件,对于自旋电子学研究的进一步发展、探索后摩尔时代新技术具有重要意义。本项目利用自旋相关输运测量、自旋塞贝克效应、磁共振自旋泵浦效应,以及超快太赫兹产生等研究方法,开展了从直流到微波频段再到太赫兹频段的自旋相关输运特性研究,发现了一些新型的物理现象,取得一系列的研究成果。主要研究结果包括:1)在磁性异质结构中确认了基于逆Rashba-Edelstein效应的超快太赫兹发射机理,并利用电学测量方法也确认了界面逆Rashba-Edelstein效应的存在;2)在单晶铁CoFe磁超薄膜确认了拓扑能带结构对于各向异性磁电阻调控的物理机制,并发现其中存在巨大的各向异性磁电阻电流取向效应和巨大的磁阻尼各向异性; 3)实验上发展了强自旋轨道耦合材料的自旋霍尔角和自旋扩散长度的自洽测量方法,在银/铋-铁磁材料体系发现界面Rashba-Edelstein的起源,并发现磁性金属中平面霍尔效应的整流信号;4)发现了一种利用光学方法测量反铁磁磁畴的新方法,并发现铁磁/反铁磁异质结构中交换力矩对于反铁磁磁畴翻转的影响;5)在拓扑半金属材料和重费米子关联材料中研究了手性超快太赫兹发射和吸收特性;6)利用磁性微纳结构的设计和磁场对磁性微结构的调控,实现对自旋电子学太赫兹发射的强度和偏振的调控。基于上述研究成果,发表学术论文73篇, 其中PRL 6篇, Nature Communications 3篇,Science Advances 3篇,PRB/Applied 26篇,申请发明专利7项, 专利授权3项。项目执行期间,共培养博士13名,硕士7名。 在国际重要学术会议上做邀请报告14人次。项目负责人吴义政教授于2018年获得上海市创新领军人才称号和科技部“中青年科技创新领军人才”称号。
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
Strain-induced Anisotropic Terahertz Emission From a Fe(211)/Pt(110) Bilayer
Fe(211)/Pt(110) 双层的应变诱导各向异性太赫兹发射
DOI:10.1103/physrevapplied.15.044022
发表时间:2021
期刊:Physical Review Applied
影响因子:4.6
作者:C.Q. Liu;W.-T. Lu;Z.X. Wei;Y.F. Miao;P. Wang;H. Xia;Y.P. Liu;F.L. Zeng;J.R. Zhang;C. Zhou;H.B. Zhao;Y.Z. Wu;Z. Yuan;J. Qi
通讯作者:J. Qi
Role of crystalline and damping anisotropy to the angular dependences of spin rectification effect in single crystal CoFe film
单晶 CoFe 薄膜中晶体和阻尼各向异性对自旋整流效应角度依赖性的作用
DOI:10.1088/1367-2630/abb16d
发表时间:2020-08
期刊:New Journal of Physics
影响因子:3.3
作者:Zeng Fanlong;Shen Xi;Li Yi;Yuan Zhe;Zhang Wei;Wu Yizheng
通讯作者:Wu Yizheng
Observation of surface step bunch induced perpendicular magnetic anisotropy using spin-polarized low energy electron microscopy
使用自旋极化低能电子显微镜观察表面阶梯束诱导垂直磁各向异性
DOI:10.1016/j.ultramic.2019.02.025
发表时间:2019
期刊:Ultramicroscopy
影响因子:2.2
作者:Robertson MacCallum;Wu Yizheng;Schmid Andreas K;Gong Chen
通讯作者:Gong Chen
Large anisotropic Dzyaloshinskii-Moriya interaction in CoFeB(211)/Pt(110) films
CoFeB(211)/Pt(110) 薄膜中大的各向异性 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用
DOI:10.1063/5.0054943
发表时间:2021
期刊:APPLIED PHYSICS LETTERS
影响因子:4
作者:Liu C. Q.;Zhang Y. B.;Chai G. Z.;Wu Y. Z.
通讯作者:Wu Y. Z.
Multi-domain ferromagnetic resonance in magnetic van der Waals crystals CrI3 and CrBr3
磁性范德华晶体 CrI3 和 CrBr3 中的多域铁磁共振
DOI:10.1016/j.jmmm.2021.167772
发表时间:2021-06
期刊:Journal of Magnetism and Magnetic Materials
影响因子:2.7
作者:Xi Shen;Haoran Chen;Yi Li;Hong Xia;Fanlong Zeng;Jia Xu;H. Y. Kwon;Yi Ji;Changyeon Won;Wei Zhang;Yizheng Wu
通讯作者:Yizheng Wu
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:
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
- 批准年份:2014
- 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
