铁磁金属和氧化物界面的相互作用、自旋注入和调控

The interface of the transition metal oxide (TMO) heterostructures is a new type of low dimensional interface, which is one of the frontiers of the material science. Owing to the new phenomena and strong potential applications for the spin transport properties at the TMR interfaces, it attracts a lot of attentions. In this project we combine the ferromagnetic metels with TMOs. The samples are fabricated by the pulsed laser molecular beam epitaxy combining with micro- and nano-fabrication techniques. The spin transport properties are studied by the non-local three-terminal and four-terminal methods. Firstly, we will study the influence of the metal capping layer on the surface and the interface of the TMOs to exclude the extrinsic effects of spin transport by the metallic electrodes. The magnetic properties of TMOs are enhanced by the interaction between ferromagnetic metals and TMOs. The influence of the defects on the spin injection and the spin manipulation by the gate voltage, etc., will be studied. In addition, we will try to realize the injection of the pure spin current into the interface of the TMO heterostructures and the TMO spin transistors.

过渡族金属氧化物材料构成的异质界面是一种新型的低维体系，是当前国际上材料科学关注的前沿研究方向之一，由于这类新型界面的自旋输运性质展现出的新现象和潜在应用价值，最近引起了人们的高度关注。本项目把铁磁金属与氧化物异质界面相结合,主要使用激光分子束外延技术结合微纳加工技术制备样品，采用非局域三端法和非局域四端法研究自旋的输运性质。拟首先研究金属覆盖层对氧化物表面或异质界面性质的影响，排除金属电极对自旋输运的非本征影响；进一步通过铁磁金属和氧化物异质界面的相互作用，研究铁磁金属对氧化物异质界面磁性的影响。然后研究缺陷等对自旋注入的影响，门电压对自旋输运的调控等等，另外还尝试纯自旋流注入到氧化物异质结和氧化物自旋晶体管等。

过渡族金属氧化物材料构成的异质界面是一种新型的低维体系，是当前国际上材料科学关注的前沿研究方向之一，由于这类新型界面的自旋输运性质展现出的新现象和潜在应用价值，最近引起了人们的高度关注。本项目研究了金属（包括磁性金属）对氧化物界面LaAlO3/SrTiO3(LAO/STO)二维电子气性质的影响，并利用金属对界面性质的影响，发展出简易的图形化界面二维电子气的新方法。在重金属和铁磁氧化物异质结体系，自旋流的传输导致自旋霍尔磁电阻效应，我们发现该效应在铁磁体铁磁共振时会导致整流效应，有望利用该效应发展出低功率的微波检测传感器。通过系统实验发现金属Pt和氧化物界面存在强相互作用，该作用可诱导出强的Rashba自旋轨道作用。实验结合理论计算发现该界面相互作用可导致一种新型的磁电阻效应，说明可以通过界面调控自旋流的输运。我们还利用铁磁金属或重金属可以高效的检测自旋极化电流或纯自旋流，研究自旋流在有机分子自旋器件中的输运，发现分子中的重金属离子对自旋弛豫影响很小，界面在自旋注入中起重要作用，澄清了前人关于自旋流在有机分子中传输的机制，纠正了高分子具有和金属Pt相当的自旋-电荷转化效率的观点。另外，还利用铁磁金属和反铁磁的异质结的交换偏置效应，展示了通过测量铁磁金属的磁性研究二维材料的磁性的方法。