基于磁绝缘体Magneto-valve效应

面临的需求信息存储和逻辑运算在post-Moore时代,自旋电子元件提供有前景的发展方向发展的下一代微电子设备和更小的单元尺寸,非易失性,低功耗,高速度。其中,自旋阀的核心单位各种类型的自旋电子元件。自旋阀通常包括一个三明治核心结构组成的两层铁磁金属和非磁性中间层,由于自旋极化电子在两个铁磁层之间。运输,所以设备的阻力是由相对调制的两个铁磁层的取向。Spin-valve-based室温巨磁电阻(GMR, 1988)和室温隧穿磁电阻(咯,1995)设备已经广泛应用于高密度信息存储和传感器等磁性硬盘,磁性随机存取记忆,和磁传感器。在这篇文章中,两位科学家,a . Fert法国和德国p·格伦伯格,赢得了2007年诺贝尔物理学奖的发现巨磁电阻(GMR)效应。

自旋波是集体激发态磁自旋进动过程的系统。量化内部被称为磁子,每个磁子携带一个普朗克常数旋转的角动量。与自旋极化的传导电子在传统金属相比,基于自旋波的磁子具有以下优点:(1)磁子的转移没有散热和低阻尼特性,和旋转很长一段距离。有显著的优势传播信息;(2)磁子都振幅的波动特性和相位特性,可以突破传统的冯·诺依曼的逻辑和计算架构系统,并可能成为post-Moore时代信息的传播。的一个重要的方式处理;(3)宏观量子效应如超流体、超导、玻色-爱因斯坦凝聚态,约瑟夫森基于磁性也成为凝聚态物理的热点。在磁自旋电子学的研究,微波是最常用的激发和检测方法。然而,微波设备的大小是很难实现小型化。因此,应用磁旋转设备semiconductor-scale集成电路,迫切需要开发磁化旋转励磁,调制和基于电检测方法方法。

从2012年到2016年,研究小组由汉族秀峰,磁学的国家重点实验室在国家物理研究所,中国科学院/国家凝聚态物理中心,中国,利用磁控溅射技术结合高温热处理工艺通过一系列样品。制备和优化克服的限制钇铁石榴石单晶GGG基质只能做好准备。Pt /钇铁石榴石/ Pt重金属/磁绝缘体/重金属¬(HM / MI)设计并准备Si-SiO2衬底。/ HM)层异质结构,首次观察到的结构由团队张教授亿丰亚利桑那大学的磁阻力影响预测的理论,这是由于激发和传播的钇铁石榴石磁子,一边Pt层电荷/自旋流的可以拖动相反的电荷/自旋流的另一边Pt层。这项工作证实,磁绝缘体可以作为传播渠道磁铁旋转

最近,汉族秀峰的研究团队创新采用钇铁石榴石磁绝缘体作为磁性电极,非盟作为中间层,和异质外延生长GGG基质生产高质量的金属钇铁石榴石/ Au /小说钇铁石榴石磁绝缘体/ /磁绝缘体(MI / NM / MI) - Magneto-valve结构,和第一磁振子阀效果的观察和发现这个结构,也就是说,相对的方向磁化方向的两个磁绝缘层可以控制磁通的大小。首先,他们调整两层钇铁石榴石的晶体结构产生不同的强制力量来实现一个反平行相对磁化方向;局部电流加热的方法被用来生成一个温度梯度,和纵向旋转塞贝克效应被用来刺激钇铁石榴石磁通,通过磁sub-valve的磁子流,可以实现电气测量通过anti-spin Pt霍尔效应;然后它发现磁sub-valve效应,也就是说,两层的相对取向钇铁石榴石可以通过磁流体动力控制电磁阀的流量大小,在平面的相对magneto-valve比率(MVR)在室温和反平行状态可以达到19%;它表明,电磁阀的比例比主要取决于磁绝缘体/转换效率的温度依赖性magnetron-electron旋转的金属接口与理论计算结果是一致的;非盟的自旋扩散是通过拟合的依赖磁性subvalve和非盟厚度的比值。长度是15.1海里,这是符合旋转泵方法获得的结果[吴皓和XF汉族et al .,。启。120 (2018)097205,DOI: https://doi.org/10.11 03 / PhysRevLett.120.097205,编辑的建议和在物理)。

钇铁石榴石/ Au /钇铁石榴石,新磁绝缘体层中期/磁绝缘体(MI / NM / MI)电磁阀结构由本研究工作本身就是一个自旋信息传输和逻辑操作。基本磁式核心单元设备也是未来研究和发展的材料和物质基础的磁sub-devices基于磁子流电路、逻辑、存储、二极管、晶体管、波导和开关。它显示了一个新类自旋电子学的核心设备与磁绝缘体控制信息运营商在磁性绝缘体具有重要的应用前景,在材料的突破,物理,和设备可能会加速低能,可重写的,新诞生的非易失性和高频计算机系列的核心设备。和这个电磁阀结构可以与现有的大规模集成电路过程,导致未来综合集成和广泛利用磁sub-devices、自旋电子元件和半导体微电子设备。

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