Magnetventil effekt baserad på magnetisk isolator
Mot bakgrund av behovet av informationslagring och logikoperation efter posten Mooree ger spintronic-enheter lovande utvecklingsriktningar vid utvecklingen av nästa generationens mikroelektroniska enheter med mindre cellstorlek, icke-flyktig, låg strömförbrukning och hög hastighet. Bland dem är spinnventilen kärnanordning för olika typer av spintroniska anordningar. Spinnventilen innefattar vanligtvis en sandwichkärnstruktur bestående av två lager av ferromagnetisk metall och ett icke-magnetiskt mellanlag, på grund av centrifugeringspolariseringselektroner mellan de två ferromagnetiska skikten. Transport, så att motståndet hos anordningen moduleras av den relativa orienteringen av de två ferromagnetiska skikten. Spinventilbaserad rumstemperatur jätte magnetoresistens (GMR, 1988) och rumstemperatur tunnels magnetoresistens (TMR, 1995) -anordningar har använts i stor mängd informationsdisponering och sensorer som magnetiska hårddiskar, magnetiska slumpmässiga åtkomstminnen, och magnetiska sensorer. I artikeln vann två forskare, A. Fert of France och P. Grünberg, Tyskland, Nobelpriset 2007 i fysik för deras upptäckt av den gigantiska magnetoresistens (GMR) -effekten.
Spinnvågen är det kollektiva upphetsade tillståndet för spinnprocessionsprocessen i det magnetiska systemet. De kvantiserade kvasipartiklarna kallas magnetoner, och varje magneton bär en Planck konstant rotationsvinkelmoment. Jämfört med spinpolariserade ledningselektroner i traditionella metaller har spin-vågbaserade magnetoner följande fördelar: (1) Överföringen av magnetoner har ingen värmeavledning och låg dämpningsegenskaper och spinner på långa avstånd. Det finns stora fördelar med spridningen av information. (2) Magnetonernas fluktuationsegenskaper har både amplitude och fasegenskaper som kan bryta igenom den logiska och beräknade arkitekturen i det traditionella von Neumann-systemet, och kan bli informationsöverföring efter Moore era. Ett av de viktiga sätten att bearbeta är; (3) Makroskopiska kvanteffekter såsom superfluid, superledning, Bose-Einstein-kondensat och Josephson baserat på magnetism har också blivit heta fläckar i kondenserad materiefysik. I studien av magnetisk spintronik är mikrovågsugn den mest använda exciterings- och detekteringsmetoden. Storleken på mikrovågsapparater är emellertid svår att uppnå miniatyrisering. För att applicera magnetiska centrifugeringsanordningar på integrerade kretsar med halvledarskala är det därför ett brådskande behov av att utveckla magnetiseringsspinnings excitations-, modulerings- och detekteringsmetoder baserade på elektriska metoder.
Från 2012 till 2016 använde forskningsteamet som leddes av Han Xiufeng, Statens nyckellaboratorium för magnetik vid National Institute of Physics, Kinesiska vetenskapsakademin / National Center for Condensed Matter Physics, Kina, en magnetronsputteringsteknik kombinerad med en high- temperatur värmebehandling process för att passera en serie prov. Förberedelsen och optimeringen överträffar den begränsning att YIG endast kan framställas på en-kristall GGG-substrat. Pt / YIG / Pt tungmetall / magnetisk isolator / tungmetall ¬ (HM / MI) konstruerades och framställdes på Si-Si02-substrat. / HM) lagrade heterostrukturer, och för första gången observerades i strukturen av teamet av professor Zhang Yifeng från University of Arizona, var magnetisk dragseffekten förutspådd av teorin, det beror på magnetiseringernas excitation och överföring av magnetoner i YIG, ena sidan av Pt-skiktet Laddnings- / snurrflödet kan dra det motsatta laddnings- / snurrflödet i Pt-skiktet på andra sidan. Detta arbete bekräftar att magnetisolatorn kan fungera som en överföringskanal för magnetspinn
Nyligen har Han Xiufengs forskargrupp innovativt antagit YIG-magnetiska isolatorer som magnetiska elektroder, Au som mellanskikt och heteroepitaxial tillväxt på GGG-substrat för att producera högkvalitativa magnetiska isolatorer / metaller / magnetisk isolator / magnetisk isolator (MI / NM) / MI) - Magnetventilstruktur, och den första observationen och upptäckten av Magnon Valve-effekten i denna struktur, det vill säga orienteringen av den relativa magnetiseringsriktningen för två magnetisoleringsskikt kan styras Magnetisk flussstorlek. Först finjusterade de kristallstrukturen hos två lager av YIG för att producera olika tvångskrafter för att uppnå en motparallell relativ magnetiseringsorientering; en lokal strömuppvärmningsmetod användes för att generera en temperaturgradient och en longitudinell spin Seebeck-effekt användes för att stimulera YIGs. Det magnetiska flödet genom den magnetiska underventilens magnetiska delström kan realisera elektrisk mätning genom anti-spin-Hall-effekten i Pt; då finner man den magnetiska delventil-effekten, det vill säga den relativa orienteringen av tvåskiktet YIG kan regleras genom magnetventilens magnetiska flödesstorlek, varvid det relativa magneto-ventilförhållandet (MVR) för den plana och anti -parallellt tillstånd vid rumstemperatur kan nå 19%; och det avslöjar att förhållandet mellan magnetventilförhållandet huvudsakligen beror på magnetisolatorn / Temperaturberoende av omvandlingseffektiviteten hos magnetron-elektron-spinnet vid metallgränssnittet överensstämmer med det teoretiska beräkningsresultatet; Spinndiffusionen av Au erhålles genom anpassning av beroendet av förhållandet mellan den magnetiska subvalven och Au-tjockleken. Längden är 15,1 nm, vilket överensstämmer med resultaten erhållna med hjälp av spinpumpmetoden [Hao Wu och XF Han et al., Phys. Rev Lett. 120 (2018) 097205, DOI: https://doi.org/10.11 03 / PhysRevLett.120.097205, redaktörernas förslag och utvalda i fysik].
YIG / Au / YIG, magnetmagnetisk isolator / mellanskikt / magnetisk isolator (MI / NM / MI) magnetventilstruktur som utarbetats av detta forskningsarbete är i sig en spinninformationsöverföring och logisk operation. Den grundläggande magnetiska typen av kärncelleanordningar är också materialet och den fysiska grunden för framtida forskning och utveckling av magnetiska subenheter baserade på magnetiska subströmkretsar, logik, lagring, dioder, transistorer, vågledare och strömbrytare. Det visar att en ny klass av spintronics-kärnanordningar med magnetiska isolatorer som spinninformationsbärare i magnetisolatorer har viktiga applikationsutsikter, och genombrott i material, fysik och enheter kommer potentiellt att accelerera låg energi, omskrivbar. Födelsen av nya icke- flyktiga och högfrekventa datorserier kärnanordningar. Och den här magnetventilstrukturen kan matchas med den befintliga storskaliga integrerade kretsprocessen, vilket bidrar till framtida integrerad integration och omfattande användning av magnetiska underenheter, spintroniska enheter och halvledarmikroelektroniska enheter.
www.greatmagtech.com www.gme-magnet.com