面向SOT-MRAM应用的亚铁磁合金自旋旋转效应机理与调控
批准号:
12104171
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王韬
依托单位:
学科分类:
磁学及自旋电子学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王韬
中文摘要
磁性材料具有时间反演对称破缺特性,理论上能够产生比非磁性材料更丰富的自旋轨道效应,比如自旋旋转效应。该效应首先在铁磁/非磁性界面处被发现,不同于自旋霍尔效应中偏置电场、自旋电流以及自旋极化方向相互正交的要求,自旋旋转效应犹如自旋霍尔效应产生的自旋绕磁矩旋转,从而得到不同的自旋极化取向。因此,利用自旋旋转效应可以产生垂直极化自旋,实现无场辅助垂直磁矩翻转过程,在自旋轨道力矩磁性随机存储器研究中有着重要应用价值。当前自旋旋转效应的物理形成机理还不明了,“电荷-旋转自旋”的转化效率还不高。本研究利用具有长自旋退相干长度的亚铁磁合金,重点对自旋旋转效应的体效应机制做深入探究,提出通过材料厚度与自旋退相干长度调控对自旋旋转效应进行效率优化与增强。同时,针对亚铁磁/非磁性/铁磁多层膜样品的自旋轨道力矩测试,提出磁光克尔效应与铁磁共振技术相结合的实验方法,以解决磁性多层膜的测试问题。
英文摘要
Ferromagnets have the property of time-reversal symmetry breaking, in which in principle can exhibit richer spin-orbit effects than in nonmagnets, for instance, the spin rotation effect. It’s been first demonstrated at the ferromagnet/nonmagnet interface. Compared to the spin Hall effect, which requires that bias electric field, spin current and spin orientation are all orthogonal to each other, the spin rotation effect behaves like the spin Hall effect induced spin is rotating about the magnetization. Its spin has quite different spin orientation. Thus, it can generate a spin with perpendicular spin polarization, which can be applied to the field-free perpendicularly magnetized layer switching process. This will have an important application in the SOT-MRAM. At present, the mechanism of the spin rotation effect is still not clear. Its “charge to rotated-spin” efficiency is low. In this study, we will focus on the research of bulk contribution from the spin rotation effect in ferrimagnetic alloys who can have a long spin dephasing length. We propose to optimize and enhance the efficiency of the spin rotation effect by manipulating a ferrimagnet thickness and spin dephasing length. Meanwhile, we develop a MOKE and FMR combined spin-orbit torque measurement technique for the ferrimagnet/nonmagnet/ferromagnet multilayer samples. We aim to overcome the difficult happening during the magnetic multilayer spin-orbit torque measurement.
以横向极化自旋流在磁性层内的输运过程作为研究目标,旨在探索类场/类阻尼两类自旋轨道力矩作用机制的区别与联系。设计制备“磁性层1/非磁性层/磁性层2”的磁性多层膜结构,采用偏置电场与外加磁场垂直构型,利用磁性层1自旋旋转效应产生横向自旋流,研究其注入到磁性层2内部的自旋轨道力矩空间分布特性。该构型下能够完全避免由于电流感生的奥斯特场对类场力矩测试的影响,从而获得准确的自旋轨道力矩测试结果;针对磁性多层膜测试需求,设计、搭建、优化具备层间分辨能力、高信噪比的自旋轨道力矩测试系统,噪声抑制可控制在~5nV水平;实验测试获得类场力矩/类阻尼力矩随磁性层2厚度变化的依赖关系。对于典型磁性层,如NiFe、CoFeB,与类场力矩有关的横向自旋流密度分布在距离界面处2nm范围,而与类阻尼力矩相关的自旋电流密度分布在1nm区间内。实验结果与自旋“漂移-扩散”模型预测结果吻合。证明自旋轨道力矩现象为“体效应”而非存粹“界面效应”;横向极化自旋流注入磁性层伴随自旋退相干以及自旋进动过程;磁性金属自旋旋转效应导致的横向自旋流产生过程与上述过程互为逆过程,自旋旋转效应产生的横向自旋流在磁性层内同样具有自旋进动过程以及相似空间分布。本项目对横向自旋流在磁性层中的输运特性提供了实验证据,证明本研究领域对该过程的模型刻画及相关认知是准确的。该研究工作,尤其是有关类场力矩与类阻尼力矩在磁性层内不同的空间分布特点与作用效率的认识能够为后续自旋轨道力矩-磁性随机存储器的器件设计、结构优化提供重要参考依据。
基于PGIT的财政政策选择:一个D-CGE的中国模型
-
批准号:71073059
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:28.0万元
-
批准年份:2010
-
负责人:王韬
-
依托单位:
中国税制改革的大规模动态CGE模型研究
-
批准号:70173003
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:13.0万元
-
批准年份:2001
-
负责人:王韬
-
依托单位:
中国税负经济分布的CGE模型研究
-
批准号:79770037
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:8.7万元
-
批准年份:1997
-
负责人:王韬
-
依托单位:
国内基金
海外基金