铁磁/非磁异质结中自旋轨道作用的界面效应

The generation, transport and detection of the pure spin current in ferromagnet (FM)/nonmagnetic metal(NM) heterostructures from spin-orbit interaction(SOI) contain rich physics, which is the basis of the new generation spintronic devices. In this project, we will study the interfacial SOI effect in FM/NM heterostructures by using spin Hall magnetoresistance,spin Seebeck effect and spin torque-ferromagnetic resonance(FMR) in the following aspects. (1)Separation of the interfacial and bulk SOI by measuring the dependencies of the spin Hall angle(SHA) on the FM and NM layer thickness, as well as the additional insertion layer with weak spin-orbit coupling(SOC). (2) By changing alloy composition of NM layers to change the SOC strength, revealing the dependence of the interfacial effect on the SOC strength in the NM layers. (3)By changing alloy composition of FM and NM layers, revealing the dependence of the interfacial effect on the Fermi level position and density of states near the Fermi level in the FM and NM layers. (4)By comparing the magnetization state of the NM layer at the interface in different ferromagnet insulator(FMI)/NM bilayers, investigating the effect of the magnetic proximity effect on the interfacial effect. This project will be helpful to understand the physics of the SOI from the Rashba effect at the interface and the bulk spin Hall effect(SHE) in the NM layer, to searching for the materials with large SHA, and also favors to improve the functionality of the next generation spintronic devices based on the pure spin current.

铁磁/非磁异质结中自旋轨道作用导致的纯自旋流产生、输运和探测包含深刻物理内涵，是设计新型自旋电子学器件的物理基础。本项目利用自旋霍尔磁电阻效应、自旋赛贝克效应和自旋力矩-铁磁共振技术，围绕铁磁/非磁异质结中自旋轨道作用的界面效应开展研究，具体包括：(1)通过在界面插入弱自旋轨道耦合金属层和改变铁磁层、非磁层厚度，甄别自旋轨道作用的界面效应；(2)通过改变非磁层成分，调控自旋轨道耦合强度，揭示界面效应与自旋轨道耦合强度的关系；(3)通过调控铁磁和非磁性层合金成分，改变界面处费米面位置及态密度分布，研究界面效应与它们的内在联系；(4)通过比较不同非磁性层材料的界面磁化态，探究铁磁绝缘体/非磁异质结磁中磁近邻效应对界面效应的影响机制。该项目将有助于理解自旋轨道耦合界面Rashba效应和自旋霍尔效应的物理机制，探索高自旋霍尔角的体系，为构建以纯自旋流为基的新一代自旋电子器件和改善性能提供新思路。

铁磁/非磁异质结中自旋轨道作用导致的纯自旋流产生、输运和探测包含深刻物理内涵， 是设计新型自旋电子学器件的物理基础。本项目围绕铁磁/非磁和铁磁/反铁磁异质结中自旋轨道作用的界面效应开展研究，取得了如下研究成果，具体包括：①柔性衬底聚酰亚胺上系列铁磁/反铁磁异质结结构界面费米面位置及其附近态密度、薄膜厚度、温度等对自旋轨道耦合、磁性的影响规律和机理；发现因热扩散系数不匹配导致的薄膜与柔性衬底间的内应力造成柔性衬底上薄膜的矫顽力明显比刚性衬底上的增大了近１倍。该研究结果为制备高矫顽力的可拉伸、可弯折、抗冲击的柔性磁电子器件提供了依据。②由磁致伸缩材料Terfenol-D和压电材料PZT构造的异质结的磁电滞行为受界面性质、外加偏压、磁场等因素的影响规律；磁场诱导的电压和输出功率都随着信号磁场的频率变化而变化，并且该复合体系展现出较宽的工作频率范围和较高的能量转换效率。研究结果不仅拓展了动态磁电效应测试方法的应用，同时也创新了一种可潜在用于磁电传感、能量转换、磁电开关和磁传感的新型传感复合系统。③研究了基于Terfenol-D圆棒和和驻极体的新型磁电传感系统的磁电电压随偏置磁场和信号磁场的变化规律；滞后回线的矫顽力场、剩余磁电系数和剩余磁电系数比都随着测试周期的变化而呈现出指数变化规律；随着偏置磁场周期性变化而展现的磁电滞后行为与Terfenol-D的磁滞回线有很大的关联性。该结果不仅为磁电复合的材料的潜在应用性提供了新的思路，而且为磁电效应的检测提供了参考。④研究了偏置磁场和测试周期对Pb(Zr,Ti)O3-(Tb,Dy)Fe2- Pb(Zr,Ti)O3三层磁电复合材料的正、逆磁电效应的影响。正、逆磁电效应的矫顽力场、剩余磁电系数和剩余磁电比率与测试周期之间满足指数衰减规律。⑤研究了表面本征缺陷对全无机钙钛矿卤族化物CsPbI3薄膜结构的稳定性和光电性质的影响规律。