时间分辨的扫描磁光克尔显微镜结合VNA-FMR研究磁性异质薄膜阻尼变化

Understanding the damping behavior within magnetic system is a prerequisite to optimize the designing of magnetic data storage devices, since both the reading and writing processes are accompanied by changing of the equilibrium state of the magnetic ordered system within the device. As the current magnetic storage devices are mainly formed by hetrostructures with both magnetic and nonmagnetic layers, it is very important to understand how the nonmagnetic layer(s) affect(s) the damping of the entire hetrostructure. .In this proposed project, the magnetic damping behavior within such hetrostructure would be investigated by time resolved scanning Kerr microscopy(TRSKM) as well as VNA-FMR technique. TRSKM is a powerful tool for studying the local magnetic dynamics within time domain while VNA-FMR is a convenient method for studying the spin dynamics within the frequency domain. By combining both techniques, a full picture of the magnetic dynamics and damping behavior of the sample could be acquired. We will mainly focus on the FM/NM/FM and FM/NM heterostructures, and investigate how the fabrication process, thickness of different layers as well as their relative order to the substrate affect the damping of the structure.

今天的磁记录设备中，在写入和读出数据时，总是伴随着磁有序体系平衡态的打破和改变，因此，为了进一步的对磁记录器件进行优化设计，我们需要更好的了解磁性体系的阻尼变化行为。由于今天的磁性记录设备基本全部是基于磁性异质结构的器件，因此，更好的了解磁多层薄膜结构中的阻尼的变化是至关重要的。.在本项目中，我们将使用时间分辨的扫描磁光克尔显微镜（TRSKM）以及VNA-FMR技术来研究磁性多层薄膜的自旋动力学和阻尼变化行为。TRSKM是在时域内研究磁性样品微区自旋动力学的有力工具，同时VNA-FMR能够在频域内直接获得样品的自旋动力学信息，二者结合可以有效全面的为磁性薄膜样品的自旋动力学进行表征。在项目实施过程中，我们将重点研究FM/NM/FM以及FM/NM结构，弄清制备工艺，各层厚度以及相对于基底的顺序对阻尼的影响机制。

磁器件在写入和读出数据时，总是伴随着磁有序体系平衡态的打破和改变。为了进一步的对磁记录器件进行优化设计，我们需要更好的了解磁性体系的阻尼变化行为。在本项目中，我们使用时间分辨的磁光克尔显微镜（TRMOKE）以及矢网铁磁共振（VNA-FMR）技术来研究磁性异质结Fe/Pd和Fe/Bi2Se3结构中的自旋动力学和阻尼行为。TRMOKE在时域内研究磁性样品微区自旋动力学的有力工具，同时VNA-FMR能够在频域内直接获得样品的自旋动力学信息，二者结合可以有效全面的为磁性薄膜样品的自旋动力学进行表征。在铁/钯合金中，观察到了FMR的各向异性线宽，并对其进行了仔细的分析。我们发现，各向异性的线宽是由场拖曳效应引起的，其Gilbert阻尼还是各向同性的。然后通过改变Pd层厚度得到了Pd的自旋扩散长度。通过TRMOKE和VNA-FMR两者测量，方法，得到的钯自旋扩散长度均为6nm。 .为了提高自旋与电荷的转换效率，在自旋抽运实验中选择拓扑绝缘体Bi2Se3作为非磁性层吸收自旋流。拓扑绝缘体的螺旋狄拉克表面态具有自旋动量锁定的特性而成为一种有效的自旋-电荷转换器。本文测量并分析了Fe/Bi2Se3异质结构中的FMR共振线宽，计算了铁/Bi2Se3界面的自旋混合电导。其自旋混合电导数值为14×10-19m-2，远远高于Fe/Pt界面。我们认为是Bi2Se3表面态比较强的自旋轨道耦合导致了自旋混合电导的增强。我们的结果为拓扑材料在自旋电子学应用提供了实验参考。