随着对自旋波电子器件研究的不断深入,近年来具有极低阻尼系数的钇铁石榴石薄膜材料成为研究的热点。研究结果表明,基于具有垂直磁各向异性的石榴石薄膜与重金属薄膜构建的纳米级厚度异质结,可以根据反常自旋霍尔效应（anomalous spin Hall effect）或者逆自旋霍尔效应设计自旋波存储与逻辑器件,由于采用自旋的波动模式使自旋电子可在绝缘介质与金属界面输运,这样就极大的减少了损耗,而且超薄的石榴石薄膜更容易实现对自旋波在异质结中的传输与控制。这就对自旋波器件的薄膜材料提出了超薄、具有垂直磁各向异性、超低阻尼的要求。本文以研究适用于自旋波器件的薄膜材料为目标,在反常自旋霍尔器件方面取得进展。在已有的研究基础上,用射频磁控溅射的方法分别在单晶GGG和SGGG衬底上外延生长了具有垂直磁各向异性的铋掺杂铥铁石榴石薄膜和铋掺杂钇铁石榴石薄膜,对薄膜的微结构和磁性能进行了测试分析,并对掺Bi石榴石/金属薄膜异质结构建的反常自旋霍尔器件进行了效应测试。首先,本文采用射频磁控溅射工艺外延生长了化学式为Tm₂Bi₁Fe₅O₁₂和Y₂Bi₁Fe₅O₁₂的薄膜,通过控制薄膜的退火条件,利用应力诱导各向异性同时克服了形状各向异性,实现了薄膜的垂直磁各向异性。其中,厚度为16 nm的在900℃退火4 h的Tm₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜面外磁化到饱和所需要的外加磁场仅为35 Oe,剩磁比为0.71,矫顽力为2.5 Oe。随Tm₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜厚度的增加,薄膜受到的应力驰豫产生,垂直磁各向异性减弱,面外磁化到饱和所需要的外加磁场增加。厚度为64 nm的Tm₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜在外加磁场为300 Oe时磁化饱和,但是易磁化轴仍是面外。在5 GHz下测试得到48 nm厚的Tm₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜的铁磁共振线宽为102.28 Oe,阻尼系数为1.23×10^-2。其次,外延生长的Y₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜在应力诱导的各向异性、表面粗糙度的共同影响下,厚度为20 nm的Y₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜具有最好的垂直磁各向异性。厚度为20 nm的在850℃退火2 h的Y₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜的面外磁化到饱和所需要的外加磁场为90 Oe,剩磁比为0.8,矫顽力为30 Oe,在8GHz下测试得到Y₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜的铁磁共振线宽为35.66 Oe,拟合得到阻尼系数为3.37×10^-3。随Y₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜厚度的增加,薄膜受到应力驰豫影响,垂直磁各向异性减弱。当Y₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜的厚度增大到40 nm时,易磁化轴在面外消失而变为面内。最后,基于前述的Tm₂Bi₁Fe₅O₁₂和Y₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜与纳米级重金属Pt薄膜集成异质结器件。通过对Tm₂Bi₁Fe₅O₁₂/Pt和Y₂Bi₁Fe₅O₁₂/Pt结构的霍尔条器件进行反常霍尔效应的测试,我们发现:利用掩膜版在16 nm的Tm₂Bi₁Fe₅O₁₂薄膜上生长具有不同厚度的Pt薄膜层,当纵向施加3 mA电流对不同厚度的Pt霍尔条10 nm、8 nm、5 nm进行动态测试时,横向霍尔电压分别为1.9μV、3.2μV、5.9μV。证明我们生长的薄膜可以实现反常自旋霍尔器件,也验证了随Pt厚度减小反常霍尔信号增大的结论。