电场调控铁电/铁磁异质结构的磁性

随着大数据时代的到来,具有非易失性、高读写速度、高存储密度、低功耗和微型化的存储器成为了未来信息存储发展的主要趋势.尽管有多种信息存储方式,利用磁性材料磁化翻转的磁存储依然是当下信息存储的主体.在磁信息存储的过程中,相比于磁场和电流驱动的磁化翻转,在铁电/铁磁异质结构中利用电场调控铁磁性材料的磁化翻转具有高存储密度、低能耗、局域化和高效率等优点.铁电/铁磁异质结构磁性的电场调控也因此成为了当前研究的热点之一.本文系统地回顾了兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室在铁电/铁磁异质结构的磁电耦合效应研究方向的进展:实现了电场作用下铁磁层材料磁矩的挥发性或非挥发性翻转,多态高密度存储,外延单晶铁磁层薄膜磁性的多场调控,磁化动力学性能以及自旋波(磁子)的电场效应,并讨论了未来多场可控自旋电子学的发展趋势.     

Cr73.7(Fe0.83Mn0.17)26.3合金磁性的研究

当Fe浓度在18≤x≤25范围内时,Cr_(100)-x_Fe_x合金从顺磁经铁磁态重入自旋玻璃态.重入自旋玻璃态的机制目前主要用以下两种非常不同的物理图象来描述.一种用Hecssen- berg自旋玻璃的平均场理论得出:系统在T_c下产生了共线的铁磁相.但在温度T_(xy)下,每个自旋的横向(xy)分量随机地冻结在xy平面上.这样一个系统可以看作在z方向纵向的铁磁性,而在xy平面上是自旋玻璃态.另一种图象是,有限、无限大团簇在渗透浓度上共存.铁磁相自然是由无限大团簇产生的.但由于有限大团簇的存在,这些有限大团簇在一定温度下可以与无限大团簇成反铁磁耦合,从而破坏了无限大团簇,导致了自旋玻璃态的产生.由于Cr-Fe合金中反铁磁交换相互作用较弱,实验中在18(?)x浓度范围内未能观察到反铁磁耦合的存在.在Cr-Fe合金中加入少量的金属Mn可以大大提高合金的Nair温度.在Cr-Fe-Mn合金为研究系统中铁磁、反铁磁交换相互作用的竞争,进而弄清该合金重入自旋玻璃态的机制提供了可能性.本实验利用M(?)ssbauer谱,磁测量等手段对Cr_(73.5)(Fr_(0.83)Mn_(0.17))_(26.3)合金的磁性进行了研究.     

Co-Al/Cu多层膜中层间耦合和磁电阻的振荡

近年来研究表明,由磁性金属和非磁性材料交替沉积而成的多层膜或超晶格结构中,相邻磁层间磁矩通过非磁层的耦合,可以出现相互平行排列的铁磁态、反平行排列的反铁磁态,或互相垂直的90°耦合。当磁性多层膜中出现反铁磁耦合时,样品饱和时的磁阻R(S)小于零场时的电阻R(O),出现了所谓的巨磁电阻(giant magneto-resistance)效应,这一效应由于在磁头材料和磁敏感器件上具有广泛的用途而备受人们的关注。磁性多层膜的磁电阻比率一般要比     

探究自旋为1和3/2的亚铁磁系统出现补偿温度的原因

基于格林函数方法,通过采用Tyablikov和Callen近似分别对系统最近邻交换耦合项和单粒子各向异性项进行退耦,研究了三维各向异性的混合自旋亚铁磁系统的磁性质,详细探讨了单粒子各向异性对系统补偿温度的影响,并对系统出现补偿温度的机理进行了分析.结果表明:当小自旋的单粒子各向异性D_a增大时,其子晶格磁化强度随温度下降的速度要比大自旋子晶格的磁化强度慢.当D_a增大到一定值时,如D_a~(min),系统出现补偿点,且补偿点随着D_a的增大而减小.同时,当其他参数取值变化时,D_a~(min)的大小也随之变化.这表明D_a~(min)的取值是依赖系统其他参数取值的.但如果D_a为零时,无论其他参数为何值,系统都不会出现补偿温度.因此,对于本文所研究的亚铁磁模型,出现补偿温度的前提条件是必须考虑小自旋的单粒子各向异性,且其取值存在一个最小值,即:D_a~(min).当且仅当D_a≥D_a~(min)时,系统出现补偿温度,否则补偿温度消失.     

封面说明

<正>在半导体中注入自旋形成兼具电荷属性和自旋特性的稀磁半导体可以制成自旋阀、自旋二极管、高密度非易失性存储器以及磁感应器等新型的功能器件,具有诱人的应用前景.但是向传统的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中掺杂存在两点不足.首先,传统的稀磁半导体在引入自旋的同时也引入了载流子,这种自旋和电荷的捆绑效应严重制约了电性和磁性的调控维度.其次,基于掺杂中的不等价代     

磁隧道结(MTJ)

评述了近年发现的铁磁金属／绝缘体／铁磁金属隧道结中与自旋相关隧穿效应相联系的巨磁电阻效应及包括结电导、磁电阻和它们对温度和结电压的依赖性在内的理论和实验研究结果。     

基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动

通过电学有效驱动磁畴壁运动是自旋电子学领域的重要研究内容之一,其中零磁场下基于自旋轨道力矩效应驱动磁矩翻转是一种重要的磁畴壁运动调控方式.为了进一步实现低功耗、高速度、高效率的磁畴壁运动,本文研究了非共线自旋源所产生的区别于传统型自旋轨道力矩对磁畴的驱动行为.我们利用微磁学模拟研究了自旋流中类Rashba的S_y、类Dresselhaus的S_x和垂直于膜面的S_z三种自旋极化下自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动,阐明了对布洛赫畴壁(Bloch wall)、奈尔畴壁(Néel wall)和头对头畴壁(head-to-head wall)的驱动及畴壁性质的影响,探究了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下磁畴壁运动中倾斜角的影响.本文对于理解基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动具有一定意义,可为新型自旋电子器件的开发和应用提供物理基础.     

基于铁磁金属薄膜纳米点连接的磁电阻现象

比较了运用电子束光刻技术和真空薄膜沉积技术制备的宽度和厚度分别为20~250nm和10nm的系列铁磁金属薄膜纳米点连接在不同温度下的磁电阻现象和I-V特性,得出了铁磁金属薄膜纳米点连接的磁电阻和电阻与它的中间部位纳米局部区域的宽度之间没有必然关系,说明铁磁金属薄膜纳米点连接的中间部位纳米局部区域的电阻与它两端的两个微米尺度的铁磁金属薄膜电极的电阻相比不起绝对决定作用,也就是说,我们所测得的铁磁金属薄膜纳米点连接的电阻主要来自于它的两个微米尺度的铁磁金属薄膜电极.比较了铁磁金属薄膜纳米点连接和在同样真空薄膜沉积条件下制备的同样厚度的0.2cm×0.8cm的铁磁金属薄膜的磁电阻之间的关系,发现与薄膜相比,纳米点连接样品的磁电阻比例普遍得到较大的提高,也就是说我们所测量的铁磁金属薄膜纳米点连接的磁电阻主要来自于纳米点连接样品的中间部位纳米局部区域.可以得出在铁磁金属薄膜纳米点连接中,由于具有很高磁电阻比例的中间部位纳米局部区域的电阻与具有很低磁电阻比例的微米尺度的铁磁金属薄膜电极的电阻相比很小,所以整个铁磁金属薄膜纳米点连接的电子输运行为由样品的微米尺度的铁磁金属薄膜电极的电子输运行为决定,表现为它所呈现的是线性的...     

La0.3Ca0.7Mn1-xWxO3体系的电荷序和自旋序

通过对样品La_0.3Ca_0.7Mn_1-xW_xO₃(x= 0.00, 0.04, 0.08, 0.12, 0.15)的M-T曲线、M-H曲线及ESR谱的测量, 研究了Mn位W掺杂对La_0.3Ca_0.7MnO₃体系电荷序和自旋序的影响. 结果表明: 当0.00≤x≤0.08时, 体系出现电荷有序(CO)相, 体系自旋序随着温度的降低发生顺磁(PM)-电荷有序(CO)-反铁磁(AFM)变化; 当x≥0.12时, CO相融化, 并有部分CO相残留在PM背景中, 体系自旋序主要是顺磁(PM), 在低温下出现铁磁(FM)团簇.     

超快太赫兹自旋电子学若干关键科学问题的思考

超快太赫兹自旋电子学研究的是太赫兹光子与磁振子的相互作用的科学问题，尤其是太赫兹光子与反铁磁磁振子间的相互作用的科学和技术问题。文章针对该领域的研究现状和面临的挑战，从自旋电子学太赫兹辐射源、太赫兹脉冲对反铁磁磁振子的激发及调控，以及太赫兹光子与磁振子的强耦合三个方面进行综述与思考，希望能对超快太赫兹自旋电子学的研究起到抛砖引玉的作用。     

具有S=9/2基态的新型:MnⅡCuⅡMnⅡ三核配合物的合成和磁性

设计和合成分子基铁磁体是分子材料领域中主要的挑战性课题之一.沿着这一方向,关键的第1步就是要合成出高自旋基态的分子.最近,Kahn指出:对于线性的ABA三核体系,是局部自旋满足2S_A>S_B+1/2,将稳定高自旋态结构,而无需在相邻的磁中心间施加铁磁相互作用.几个由[Cu(pba)]~(2-)(pba二亚丙基-1,3-双(草胺酸根))桥联的ABA型配合物已见报道,但据我们所知,以草酰胺根桥联的Mn~ⅡCu~ⅡMn~Ⅱ配合物尚未见报道.本文合成和表征了3种新的异三核配合物{[Mn(L)_2]_2[Cu(ebo)]}(ClO_4)_2,其中ebo表示为亚乙基-1.2-双(草酰胺根)和L表示1,10-菲咯啉(phen)、5-硝基-1,10-菲咯啉(NO_2-phen)、2,2′-联吡啶(bpy).对{[Mn(phen)(?)][Cu(ebo)]}(ClO_4)_2·H_2O的磁分析表明Mn~(2+)和Cu~(2+)离子间为反铁磁     

新型多铁层合异质结及其在可调微波器件中的应用

电压调控磁序的研究,对于实现超快响应、微型化和低功耗的电子器件具有重要的理论和实践意义.同时具有铁电和铁磁特性的多铁异质结可通过基于应变诱导的磁电耦合效应实现由电压调控磁特性,从而引起了学术界的广泛关注.在多铁异质结中,利用磁弹作用,电场引起的机械应变可在铁磁相中产生等效磁场,并改变其铁磁共振频率.因此,由其制备的微波器件必然满足微型化、超快响应和低功耗的要求,并可实现新的功能性.本文将从不同的方面介绍最近关于多铁体及其在微波器件中的应用等方面的工作,主要包括:具有强磁电耦合效应的新型多铁层合异质结的构建,基于多铁异质结的可调微波信号处理器的开发,以及在多铁异质结中通过铁电畴弹性反转来非易失性调控微波性质的研究.这类可调节的多铁异质结及其器件的研发为实现下一代可调磁性微波元件、超低功耗电子器件和自旋电子元器件提供了广阔的前景.     

实验发现外尔费米子

<正>2015年7月31日和8月17日,Physical Review X和Nature Physics分别以"Experimental Discovery of Weyl Semimetal Ta As"和"Observation of Weyl Nodes in Ta As"为题,在线发表了中国科学院物理研究所丁洪研究小组在外尔半金属的研究成果,该研究利用角分辨光电子能谱技术测量了Ta As的电子结构,实验上首次证实了外尔费米子的存在.基本粒子根据自旋角动量可分为费米子和波色子两大类.1929年,德国科学家外尔(Hermann Weyl)指出,当费米子的质量为零时,可以区分为具有左旋和右旋两种不同     

探究亚铁磁系统出现补偿温度的一般性条件

基于格林函数方法,采用Tyablikov近似对格林函数运动方程中的高阶格林函数进行退耦,我们研究了简单立方晶格亚铁磁系统的磁性质,详细探讨了外磁场对系统补偿温度的影响,并对系统出现补偿温度的一般性条件进行了探究.结果表明,当小自旋方向的外场h_a为0时,无论大自旋方向的外场h_b取何值,系统都不会出现补偿温度.当h_a有限时,无论h_b为何值,都存在一个最小的h_a值,即h_a~(min).当h_a≥h_a~(min)时,系统出现补偿温度,否则将不可能出现补偿温度,且h_a~(min)的值会随着h_b的增大而增大.因此,对于本文所研究的亚铁磁模型,出现补偿温度的前提条件是必须考虑小自旋的外场,且其取值存在一个最小值h_a~(min).当且仅当h_a≥h_a~(min)时,系统出现补偿温度,否则补偿温度消失.通过对比分析以前的研究,我们得到了亚铁磁系统出现补偿温度的一般性条件,即至少存在一个额外的力使得大自旋的子晶格磁化强度随温度升高而下降的速度要大于小自旋的子晶格磁化强度的下降速度.只有这样,系统才有可能满足m_a=–m_b≠0的关系,其所对应的温度为补偿温度,否则将不可能出现补偿温度.     

自旋电磁场和偶极子: 一种局域化和量子化的场

自旋电磁场是一种与传统电磁场形式不同的电磁场模式, 具有波粒二象性. 自旋电磁场 是自旋方程在自由空间的本征模式解, 而自旋方程可以通过麦克斯韦方程得到. 本文把具有分 布特性的源函数作为自旋模式的一个组成部分, 从而由自旋方程导出齐次的本征方程. 自旋电 磁场有两个基本特性: 绕轴自转和存在于有限空间内. 本文详细讨论了所得到的本征电模和磁 模的源和电磁场结构. 从源的层面上, 我们可以通过积分得到自旋模的电和磁偶极矩. 自旋电 磁场的分布电荷与电流源可以看成是电和磁偶极子的电磁结构. 自旋模的电磁场结构同时具 有波和粒子的基本特征量, 包括用传播常数、角频率或特征转速表示的波动参量, 以及用本征 半径、能量和角动量表示的量子性参量. 前者体现了电磁谐振模的特点, 而后者体现了自旋粒 子的力学特性. 自旋电模有两种不同的电磁场结构, 除了用电荷对描述外, 论文导出了它的磁 流源表示. 这两种模式有相同的电偶极矩, 但由于它们的源不同, 分别具有有散和无散的特性.     

铁磁薄膜中静磁表面波调制不稳定性的研究

近年来,人们对连续状态下的静磁波(MSW)在铁磁薄膜中的非线性传输性质进行了广泛的理论和实验研究。Mednikov等人先后观测到属于一阶Suhl不稳定性的静磁表面波(MSSW)三磁波子参量衰变现象。在静磁前向体波(MSFVW)传输过程中,三磁波子效应是被严格禁止的,只可能产生对应于二阶Suhl不稳定性的调制不稳定现象。迄今为止,理论分析结果都支持这样一个结论,即波矢方向与外加偏置磁场相垂直的MSSW不存在二阶Suhl不稳定性,因为MSSW的非线性频移和线性群速度色散的符号相同,产生调制不稳定性的前提条件——Lighthill条件不能得到满足。需要特别指出的是,上述结论是针对二维无限大平板状铁磁薄膜而得出的。     

手性钙钛矿材料的自旋电子学研究进展

研究电子的自旋性质对自旋电子器件的发展非常重要.虽然各类铁磁金属以及合金半导体材料的自旋电子学研究取得了重大进展,但是这些材料在合成时需要高温处理,应用时则需要满足晶格匹配条件并施加磁场或者极端温度.手性钙钛矿材料的特殊结构赋予了其新的自旋电子性质,且相关应用可以在室温下实现,这将其与传统的自旋电子材料区分开来.近年来,手性钙钛矿材料的自旋电子学研究取得了重要进展,非常有必要对相关研究结果进行总结.基于此,本文评述了手性钙钛矿的自旋动力学以及相关应用的最新研究进展.首先,本文简单介绍了手性钙钛矿的发展.其次,从理论上阐述了手性钙钛矿的能带结构、自旋轨道耦合及手性诱导自旋选择性效应.再次,回顾了手性钙钛矿自旋电子弛豫过程及其应用(自旋电荷输运、光伏器件、自旋发光二极管及圆偏光探测等)的研究进展.最后,对手性钙钛矿材料在自旋电子学领域的应用前景以及面临的挑战进行了总结和展望.     

磁光Bragg衍射中的接地效应

使用表面磁导率法得到任意偏置磁化金属覆层波导中的静磁波传播方程, 并结合磁光理论分析了接地效应对基于静磁表面波的磁光Bragg衍射的影响. 计算表明, 通过恰当设置金属与磁性YIG薄膜间距可以大幅提高磁光衍射效率; 而调整偏置磁场方向还可以进一步增强接地效应对磁光衍射的影响; 同时分析发现, 由接地效应引起的衍射效率峰值对应的频率点与静磁表面波零色散点基本重合, 即表现出弱色散特性; 而该效应也可提高基于磁光Bragg单元的射频频谱分析能力. 因此, 接地结构的磁光衍射器件在微波通信、光信号处理等方面具有广泛的应用前景.     

自旋波声子耦合对反铁磁体红外吸收谱的影响

在磁有序物质中,由于交换作用常数受离子间距离变化的影响,其中存在自旋波和声子耦合。大多数非金属反铁磁体是离子晶体,因此,对这类反铁磁体,辐射场在激发一个光频支声子的同时通过自旋波和声子耦合有可能再激发两个自旋波和一个声子,从而茌晶格红外吸收带的高频边缘外形成附加吸收峯。本文利用这种辐射跃迁过程解释了Nio红外光谱的0.24电子伏附加吸收     

Fe/Cr和Co/Cu磁性多层膜体系界面效应对巨磁电阻的不同影响

<正>目前有关磁性多层膜的巨磁电阻效应许多理论在处理时虽然并不尽相同,但就其物理本质和机制来说都源于自旋相关散射,这一点是大家普遍公认的.巨磁电阻的产生来自于自旋散射的不对称,也即散射势与自旋有关,然而更为重要的是依赖于自旋的散射势究竟是怎样产生的,这个问题至今尚无定论,是当前人们所关注的焦点.