Py/Pt双层膜自旋动力学的应力调控

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在自旋电子领域中,通过在铁磁共振状态下磁性层磁化进动的角动量转移到非磁性金属层中(即自旋泵浦效应)来实现纯的自旋流的注入成为了下一代自旋电子设备的研究热点。近年来,随着可穿戴设备等柔性电子器件的兴起,将自旋电子器件与柔性基底集成在一起的柔性自旋电子器件备受关注,进而催生了柔性应力调控自旋相关效应的研究热潮。本文以Py/Pt双层膜结构为主要研究对象,对不同应变状态下的Py/Pt薄膜进行了铁磁共振性能测试,并结合表面形貌和磁学性能的表征,研究分析了柔性应力对Py/Pt双层膜结构自旋动力学的影响规律及机制。主要结论如下:1.应力对Py/Pt薄膜的双层膜结构自旋泵浦效应有调控作用。首先为了排除应力对Py单层膜的磁化阻尼产生的额外贡献,研究了不同应力对Py单层膜的阻尼影响。Py薄膜在拉应变或者压应变下均呈现出阻尼增大的特征,且随应变的增大而提高,变化幅度也基本一致;随后研究了应力对Py/Pt双层膜阻尼的影响规律。与Py单层膜不同,在拉应变下,Py/Pt的阻尼随着应力的增加而减小,而在压应变下则随着应力的增加而增大。通过不同应变下自旋泵浦效应产生的额外阻尼大小,计算得到了Py/Pt双层膜体系自旋混合电导随应力的变化规律。研究结果表明,应变对Py/Pt薄膜体系的自旋泵浦效应存在一定的调控作用,拉应变时使其减弱,压应变时使其增强。。2.应变状态下发现Py/Pt薄膜体系中存在阻尼的各向异性。首先研究了不同应变下Py薄膜阻尼因子随面内角度的依赖性关系。当角度改变时,无论是拉应变还是压应变下,Py单层膜的阻尼均表现出各向同性的特征。然而,对不同应变状态下的Py/Pt薄膜的面内角度依赖铁磁共振测试表明,尽管在不施加应力时,也没有观察到明显的阻尼各向异性,但在施加应力后,沿着应力方向的阻尼与垂直应力方向的阻尼存在较大差异,表现出典型的单轴各向异性。当压应变为6.25(?)时,阻尼的各向异性达到了12.84%。此外,研究发现根据施加应力的类型,磁性薄膜的阻尼呈现相反的各向异性,拉应力时阻尼易轴沿应力方向,垂直应力方向为难轴,压应力则相反。这可能是由于Py/Pt体系中自旋轨道耦合在应力诱导下出现了的单轴各向异性所导致的。为了验证上述猜想,我们用自旋轨道耦合较弱的Cu取代Pt组成Py/Cu双层膜,并对不同应力状态下的阻尼进行了研究,结果表明,在该体系中并没有发现阻尼的各向异性。
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