反铁磁材料的自旋霍尔效应及自旋输运性质的研究

The exchange coupling at the antiferromagnetic/ferromagnetic interface is widely utilized in spintronic devices. The spin Hall effect and spin transport properties in magnetic materials has generated great interesting in recent years. The theoretical calculations have predicted strong anomalous Hall effect and spin Hall effect in antiferromagnets (AFMs), but their origins are still unclear. The spin current can propagate in AFM insulators according to the calculations, but there is no experimental evidence up to now. In this proposal, we will design and fabricate non-mangnetic metal/antiferromagnetic metal/ferromagnetic insulator, non-magnetic metal/antiferromagnetic insulator/ferromagnetic insulator, and non-magnetic metal/antiferromagnetic insulator/non-magnetic metal hybrids, and investigate their spin Hall effect and spin transport properties, the impacts of spin transfer efficiency at the interface of AFMs and also the mechanism of spin current transport in AFMs by measuring the spin Hall magnetoresistance and spin pumping. We expect these results will help us to elucidate the nature of spin current transport in AFMs, and will give us some hints of investigation and application for spintronic devices.

反铁磁/铁磁交换耦合作用在自旋电子器件中得到了广泛的应用。近年来，反铁磁材料本身的自旋霍尔效应和自旋输运性质引起了科学家们的广泛关注。理论研究表明反铁磁材料也显示了反常霍尔效应和自旋霍尔效应，而这些效应的起源还需要进一步的研究。另外理论预言反铁磁绝缘体也可以传递自旋流，但是缺乏相关的实验证据。 本项目将设计和制备非磁金属/反铁磁金属/铁磁绝缘体，非磁金属/反铁磁绝缘体/铁磁绝缘体和非磁金属/反铁磁绝缘体/非磁金属等一系列薄膜结构，通过测量这些薄膜的自旋霍尔磁阻和自旋泵浦来研究反铁磁材料的自旋霍尔效应以及自旋输运性质，探索反铁磁界面处影响自旋流与电荷流间相互转换效率的关键因素，理解自旋流在反铁磁材料中的传播机制。反铁磁自旋霍尔效应和自旋输运性质的研究为未来自旋电子器件的设计和应用提供了相应的参考。

近年来在金属绝缘体复合薄膜中基于自旋流的自旋输运性质的研究引起了科学家们的广泛关注。不同于传统的基于电荷流的传递，自旋流的传递具备更高效更节能的优势。另外自旋流还可以通过多种不同的方式产生，包括热梯度，电流以及磁场等。利用自旋流来传递和存储信息将大大提高自旋电子器件的工作效率。. 目前研究最多的是基于普通金属和铁磁绝缘体的复合薄膜，而基于反铁磁金属和反铁磁绝缘的研究才刚刚起步。理论研究表明反铁磁材料也显示了反常霍尔效应和自旋霍尔效应，而这些效应的起源还需要进一步的研究。另外理论预言反铁磁绝缘体也可以传递自旋流，但是缺乏相关的实验证据。 . 本项目的研究内容主要包括制备Pt/Y3Fe5O12, Pt/NiO/Y3Fe5O12以及 Pt/IrMn/Y3Fe5O12等一些列的薄膜结构，并通过测量这些薄膜的自旋霍尔磁阻和反常霍尔电阻来研究反铁磁材料的自旋霍尔效应以及自旋输运性质，探索反铁磁界面处影响自旋流与电荷流间相互转换效率的关键因素，理解自旋流在反铁磁材料中的传播机制。