论文部分内容阅读
随着自旋电子学的发展,非磁性金属以及各种合金材料中的ISHE被广泛研究。具有功耗低、存储密度大、响应速度快等一系列优势的自旋电子学器件也引起了大量的关注。本文通过自旋泵浦-逆自旋霍尔效应的方法来产生和检测自旋流。在已有基础上研究了VISHE信号的测试方法。然后对掺杂STO中的ISHE进行了相关研究,掺杂STO中这种可调控的自旋流-电荷流转化为自旋电子学器件的进一步发展提供了更多可能。本文首先研究了单层NiFe薄膜中,薄膜宽度与VSRE信号的关系,发现当薄膜长度为8 mm,宽度为40μm时,VSRE信号弱到低于检测限度,然后采用磁控溅射法在SiO2基片和掺杂STO基片表面分别沉积了宽度为40μm的NiFe/Ta双层薄膜和NiFe薄膜。对于NiFe/Ta双层膜,这种将VSRE信号降低到低于检测限度的方法能够直接测得该样品两端呈对称线型的VISHE信号,测试结果也表明,这种测试方法对于特定尺寸的FM/NM双层膜结构广泛适用,针对这种长条型双层膜结构提出了一种串联的方法来有效增加所测得的VISHE信号强度,并在实验中得到了证实。在研究NiFe/Nb:STO双层结构中将VSRE信号降低到低于检测限度的这种方法时发现,当NiFe宽度为40μm时,能有效降低所测得的VSRE信号强度,但是由于掺杂STO基片的导电性,导致NiFe/Nb:STO双层结构中的VSRE信号不能完全消除,测得的电压信号中仍含有明显的反对称分量,因此,介绍了广泛用于FM/NM双层膜中分离VSRE和VISHE信号的翻转测试法,这种方法也能很好的适用于NiFe/Nb:STO双层结构,所以在后面的研究中均采用翻转测试法实现对NiFe/Nb:STO双层结构中VSRE和VISHE信号的分离。本文重点研究了掺杂STO中的ISHE。采用磁控溅射法在未掺杂和掺杂的STO基片表面沉积了NiFe薄膜,通过翻转测试法分离得到VSRE信号和VISHE信号随外加磁场的变化曲线。研究结果表明,在未掺杂的STO基片中,翻转前后测试得到的电压曲线基本一致,为NiFe薄膜SRE所产生的VSRE,对不同频率下VSRE曲线进行拟合,可以得到NiFe薄膜的有效饱和磁化强度4πMs为7694 Gs,磁各向异性场Hk为3.5 Oe,阻尼系数α为0.018。对于不同掺Nb浓度的样品,在掺杂浓度为0.015、0.028、0.05以及0.1的样品中探测到了明显的自旋流-电荷流之间的转化,而且VISHE的幅值随着掺杂浓度的增加而逐渐减小,在掺杂浓度为0.15、0.2以及0.25的样品中则没有探测到明显的VISHE,翻转前后测试曲线一致,均为VSRE。此外,研究了不同频率下VSRE和VISHE信号幅值之间的关系,发现它们随频率的变化趋势基本一致,说明它们随频率的变化是由测试夹具引起而与样品本身无关。此外,通过对不同掺杂浓度样品的VSRE曲线进行拟合可以得到对应样品的磁学参数,它们的有效饱和磁化强度4πMs均在7600 Gs左右,Hk均在4 Oe左右,探测到VISHE的样品的阻尼系数α均大于没有探测到VISHE的样品。最后,对不同掺杂浓度的样品进行了磁场热处理,结果表明,退火能有效改善薄膜的磁性能,但是对电荷流-自旋流转换则没有本质的影响。