磁性薄膜中自旋相关热输运的內禀机制研究

To generate pure spin currents effectively is a challengeable work for spintronics. Recently, there is lot of progress has been made in the field of spin Seebeck effect. However, some key aspects remain poorly known. For example, how the spin current transports in the magnetic/nonmagnetic film? What is the real inluence of the temperature gradient? In this study, we will investigate the physical mechanism of the intrinsic spin dedendent thermal transport in the magnetic structure. Firstly, the metallic(NiFe) and insulating magnetic (YIG) samples will be prepared by magnetron sputtering and lithorgraphy techniques. Via the inverse spin hall effect, the spin currents can be generated with the sample assigned with a in-plane or a out-of-plane temperature gradient. This is the so called Spin Seebeck effect, and can be confirmed by the voltage measurements across the sample. Secondly, the spin wave characteristics of the magnetic structure will be investigated by the method of the micro scanning BLS spectroscopy in order to find the interaction between spin currents and spin waves. The influence of the magnetic field and temperature gradient on the intensity and frequency of spin waves will be explored systematically. Thereafter, the intrinsic spin dependent thermal transport will be determined along with the method to effectively generate spin currents.

如何高效产生自旋流是当前自旋电子学面临的一个挑战性课题。最近，利用自旋塞贝克效应产生自旋流取得了许多成果，但有许多基本问题没有解决，包括自旋流在薄膜中是如何传播的，以及温度梯度和自旋波对自旋流的影响等。本项目将深入研究磁性结构中自旋塞贝克效应的自旋相关热输运的物理机制。首先，利用溅射和微加工技术制备磁性金属(NiFe)和绝缘体(YIG)微结构样品，通过测量样品在平面和垂直温度梯度下由于自旋塞贝克效应产生的电动势来确认自旋流的产生，然后，利用高精度的共聚焦扫描布里渊光散射技术来测量样品中的自旋波特性，系统分析其振幅和频率随温度梯度与磁场的变化关系，研究自旋流的产生对自旋波进动的影响规律，进一步深入理解自旋塞贝克效应和逆自旋霍尔效应的物理机制，最终实现高效产生、控制自旋流。

产生自旋流是当前自旋电子学面临的一个挑战性课题，在信息存储与处理领域具有重要的科学和应用价值。我们利用自旋塞贝克效应和微波自旋泵浦注入在NM/YIG等异质结构中产生了自旋流，研究了自旋流在薄膜中的传播条件，以及温度梯度和自旋波对自旋流的影响等。1）对于NiFe 薄膜、NiFe/YIG、Pt/YIG、Au/YIG 等体系结构中存在的自旋相关的热输运现象进行了深入研究，对不同系统在单一以及耦合温度梯度驱动下的自旋热电压进行了详细的对比分析。这一系列工作阐明了不同热效应条件对自旋流产生的影响规律，可以推广到其他二维异质结构的自旋热电效应的研究工作中。2）研究了ITO/YIG异质结中自旋泵浦产生自旋流及其随磁场和角度的变化关系，并讨论了在此系统中自旋热电效应不能有效产生自旋流的起因。3）自行搭建了配备矢量旋转磁场的自旋热电效应和磁共振泵浦平台，测量精度达到国际本领域较高水准，已经为国内同行提供测量服务，并开展了学术合作。4）研究了其他低维异质结构中界面效应对电子输运过程的影响。