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强磁场下二维薄层磁性材料的超快自旋动力学研究

批准号:
U2032218
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
盛志高
学科分类:
稳态强磁场
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
盛志高

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
二维薄层磁性材料由于其丰富物理内涵及在低维自旋电子器件中的应用前景,已成为了当前物理研究的焦点。前期研究已经发现了诸如界面耦合、隧道磁阻、磁控发光等奇异的静态量子现象,但其二维磁性的自旋动力学探测与调控依然有待探索。作为一种极端条件的能量场,强磁场能有效调控物质的量子行为,激发新奇量子态;而强磁场下的超快光谱技术则是研究低维磁性材料动力学不可或缺的手段。本项目将分别以自上而下、自下而上两种方式获得二维薄层磁性材料;充分发挥合肥稳态强磁场装置中强磁场下超快光谱的技术优势,实现对两种二维薄层材料自旋量子态的超快探测与超快调控。一方面获得二维磁性体系中的动力学关键参数(比如超快自旋弛豫时间、自旋共振频率、吉尔伯特阻尼因子、朗德g因子等),另一方面实现对二维薄层中的超快自旋相干控制,获得调控窗口与相图,为二维高频自旋电子学器件的研发提供实验基础。
英文摘要
Two-dimensional thin-layer magnetic materials have become the focus of current physical research due to their rich physical properties and their potential application in low-dimensional spintronic devices. Earlier studies have discovered lots of quantum phenomena such as interface coupling, tunnel magnetoresistance, magnetron luminescence, etc. However, the dynamic behavior of two-dimensional magnetism and its mechanism remain to be explored. As an extreme condition, high magnetic field can effectively modulate the quantum behavior, excite novel quantum states, and ultrafast spectroscopy under a strong magnetic field is an indispensable tool in studying the dynamics of low-dimensional magnetic materials. This project will focus on two kinds of two-dimensional thin-layer magnetic materials, which are obtained by top-down and bottom-up fabrication methods respectively. Taking the advantages of strong magnetic fields and ultra-fast magneto-optic spectroscopy techniques in High Magnetic Field Laboratory, CAS, the spin dynamics of two kinds of two-dimensional thin layers will be studied, including ultrafast detection and ultrafast modulation of the spin quantum state of layer materials. On the one hand, the key dynamic parameters, such as ultrafast spin relaxation time, spin resonance frequency, Gilbert damping factor, Lande g factor, etc., of the two-dimensional magnetic system will be obtained. On the other hand, the ultra-fast spin coherent control in the system will be realized and the controlling parameters window and phase diagram will be obtained. These results should provide experimental basis for the development of two-dimensional high-frequency spintronics devices.
二维薄层磁性材料由于其丰富物理内涵及在低维自旋电子器件中的应用前景,已成为了当前物理研究的焦点。前期研究已经发现了诸如界面耦合、隧道磁阻、磁控发光等奇异的静态量子现象,但其二维磁性的自旋动力学探测与调控依然有待探索。.本项目充分发挥团队在磁性薄层制备、光谱学探测的技术优势,围绕二维磁性薄层中的静态/动态物性与机制这一主题,开展细致研究工作。主要研究对象包括:(1)全钙钛矿氧化物磁性薄层(2)范德瓦尔斯二维磁性薄层与异质结。围绕以上两类体系,重点关注:(1)二维磁性薄层的复杂磁态研究;(2)二维磁性薄层在磁场下的光谱特性研究;(3)二维磁性薄层的超快动力学研究。.项目团队严格按照研究计划执行,经过四年的工作,取得了系列进展,比如:1)在二维vdWs磁性薄层光谱研究方面:首次在二维量子磁体中发现“拓扑克尔效应”[Nature Physics (2024)]、在二维vdW铁磁体中发现亚太赫兹自旋波 [Nano Lett. (2024)]、在二维反铁磁CrPS4单分子层中发现强MSHG效应 [Adv. Optical Mater (2024)]、研发出基于二维vdWs磁性薄层研发出新型二维磁性同质偏置器件[Adv. Mater. (2023)]、发现二维vdWs磁性半导体中超长自旋弛豫行为[2D Mater. (2021)];2)在氧化物磁性薄膜研究方面:研发出广谱高效的新型超四方相水溶性牺牲层材料Sr4Al2O7 [Science (2024)]、采用超快技术构筑GHz高频光弹调制器[Adv. Sci. (2023)]、获得全氧化物人工反铁磁薄膜中几何构型和压力调控相关的自旋输运特性 [Adv. Func. Mater. (2023)]、实现锰氧化物薄膜中钌掺杂诱导的自旋阻挫和室温反常霍尔效应的增强[Adv. Mater. (2022)]、铪基铁电异质结中各向异性应变介导的对称工程与铁电性增强[Adv. Func. Mater. (2022)]、锰氧化物薄膜中隐藏磁性的单轴应变效应[Nano Lett. (2022)]。这一系列二维磁性薄层的创新工作为低维磁性物理机制的深入理解、为二维磁性的调控与其原型器件实现提供了扎实基础。.截止2024年年底,项目团队发表SCI论文28篇,获批发明专利1项,培养毕业博士研究生5名。
强磁场下二维反铁磁相变临界效应与高频磁振子的超快动力学研究
强磁场下磁性氧化物单晶薄层的磁光研究
4d过渡金属Rh氧化物薄膜的物性研究
强磁场下3d/4d过渡金属氧化物异质界面非线性磁光研究
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