磁性多层膜中微波阻尼调制及对自旋泵浦效应影响研究

The researches on spin dynamics in spintronics have shifted from static magnetic field-induced reverse to microwave-induced precession motion of the magnetization. Based on precession motion of the magnetization, a series of new spin phenomena, such as spin torque, spin pumping, spin Hall and inverse spin Hall have been proposed. These new phenomena are all extremely related to the precession motion of the magnetic moments. Therefore, the present research of spin dynamics has shifted to tailoring the precession, changing the damping parameters and studying its impact on the traditional spintronic devices. Based on this new development, our new proposal is planed to research as listed below. First, we will study on the precession mechanism and tailoring methods in ferromagnetic (FM)/normal metal (NM)/ferromagnetic film and FM/NM/FM/AFM (antiferromagntic) film. Based on the theoretical research, we will study the doping, controlling the exchange bias, changing the buffer layer and so on in magnetic multilayers and find the effcient way to tailor the damping and ferromagnetic resonance. In the end, we will research the impact of tailoring the damping on the spin pumping, and found the effect way to control the spin injection.

电子自旋的微波动力学研究，使自旋电子器件由静磁场调制翻转特性研究向微波调制下的高频特性研究发展，也由此产生了自旋转矩、自旋泵浦、自旋霍尔、逆自旋霍尔等一系列新的自旋效应。这些自旋效应的产生、控制、探测等均与磁矩的进动密不可分，因而如何调制磁性薄膜的进动模式、阻尼系数、铁磁共振频率以及其对现有自旋电子器件的影响、对新一代自旋电子器件的开发等成为了目前微波自旋动力学研究的关键。因此本项目将立足于此，首先开展铁磁/非磁性/铁磁薄膜、铁磁/非磁性/铁磁/反铁磁多层薄膜体系中磁矩进动、铁磁谐振及其调控机理研究；其次，在理论指导下，研究非磁性层掺杂、交换偏置场调制、磁性层性能调制、缓冲层调整、层间扩散等对多层膜体系中微波阻尼系数、磁矩进动模式的影响，探寻有效调控薄膜阻尼系数及铁磁共振的可行方法；最后，基于对磁性多层膜阻尼系数的调制，研究其对自旋泵浦效应的影响，掌握调控自旋极化流注入的有效途径。

电子自旋的微波动力学研究，使自旋电子器件由静磁场调制翻转特性研究向微波调制下的高频特性研究发展，也由此产生了自旋转矩、自旋泵浦、自旋霍尔、逆自旋霍尔等一系列新的自旋效应。这些自旋效应的产生、控制、探测等均与磁矩的进动密不可分，因而如何调制磁性薄膜的进动模式、阻尼系数、铁磁共振频率以及其对现有自旋电子器件的影响、对新一代自旋电子器件的开发等成为了目前微波自旋动力学研究的关键。因此本项目将立足于此，建立铁磁/非磁性/铁磁多层膜体系磁矩进动模型，开展了磁矩间铁磁及反铁磁耦合对自旋泵浦频率影响研究；将超低气压制备手段引入其中，发现当薄膜沉积气压低于目前常规溅射气压一至两个数量级时，可实现磁性薄膜阻尼的有效调制，进一步实现对自旋泵浦效应的调控；最后，开展了NiFe（CoFe）/Cu(Ru/Ta)/ NiFe（CoFe）等多层膜制备及层间耦合效应影响研究，通过中间非磁性层厚度的改变，在NiFe/Ru/CoFe多层膜中实现了大于1000Oe的共振场调制。