本实用新型专利技术公开了一种自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达，其中马达结构包括：其上制有沟槽的硅基衬底，架设在所述沟槽上方、且其两端通过金属电极固定在所述硅基衬底上的磁性金属纳米线，以及通过导线与所述金属电极相连的电源。该马达制作工艺简单可行，结构性能稳定，容易与现有的微电子器件集成，克服了现有技术中采用生物学或化学方法制作的亚微米/纳米马达结构性能不稳定并且很难与现有微电子器件集成的问题。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达。
技术介绍
亚微米或纳米尺度的机械与马达在未来微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)中有重要应用。传统的光刻技术与娃微加工制备的驱动机械往往是在10到100微米尺度。而小于1微米的纳米尺度的驱动马达则停留在实验室研究阶段，并且多采用生物学或者化学的方法，例如利用ATP合成酶驱动发动机运转。这些纳米“发动机”尺寸很小，但是由于是生物化学方面的驱动力，因此不稳定并且很难与现有的微电子器件集成。本技术利用简单的极化(磁化)电流，通过架在在传统的微米光刻电极上的磁性纳米线，产生扭矩，从而驱动纳米线转动成为一个马达机械。技术的原理和理论依据发展如下。1915年，爱因斯坦与德哈斯在实验中发现，悬挂的铁棒在被磁化的过程中会产生一个扭转。这一效应被称为爱因斯坦-德哈斯效应，是基于角动量守恒的原理:即磁化会改变体系(电子自旋)的角动量，而铁棒会产生一个反向的机械旋转，以抵消体系总角动量的变化。不久，巴内特发现了其反效应，即机械转动也可以磁化铁棒。在介观尺度上，爱因斯坦-德哈斯效应也可以实现。例如，Wallis等人在亚微米镍铁薄膜覆盖的悬臂梁上实现了爱因斯坦-德哈斯效应产生的机械扭转2004年，Mohanty等人通过理论计算预言了，自旋极化电流经过纳米尺度的铁磁/非磁金属界面时，由于角动量的改变，会使得悬空的梁结构产生机械扭转以保持角动量守恒；并可照此设id个器件来定量检测自旋流。2005年，Mai’ shukov等人理论研究发现，在半导体中(即不存在任何磁性金属的情形)，由于应力引起的自旋轨道作用会使得自旋流与机械扭转相耦合，据估计，其效应比金属界面可能高两个数量级；该效应可被用来作为自旋流的产生装置或自旋流的灵敏探测装置。Kovalev等人研究了在磁纳米结构中电流驱动的铁磁共振和机械力矩的关系，并提出了一个自旋压电效应的概念(Piezospin) ，即类似于压电效应中应力与电压的耦合，现在应力也可以与自旋相耦合。申请人计算发现，由于STT (spin transfer torque)器件的截面积一般都远小于传统的TMR和GMR器件，而转动角与截面积成反比；因此在小尺度下，力学转动效应将更加可观。参考文献: A.Einstein and ff.J.de Haas, Verh.Dtsch.Phys.Ges.17, 152 (1915). T.M.Wallis, J.Moreland, and P.Kabos, Appl.Phys.Lett.89, 122502 (2006). P.Mohanty, G.Zolfagharkhani, S.Kettemann, and P.Fulde Phys.Rev.B70,195301(2004). A.G.Mai’ shukov, C.S.Tang, C.S.Chu, and K.A.Chao, Phys.Rev.Lett.，95，107203(2005). A.A.Kovalev, G.E.ff.Bauer, and A.Brataas, Phys.Rev.B 75, 014430 (2007). A.A.Kovalev, L.P.Zarbo, Y.Tserkovnyak, G.E.ff.Bauer, and J.Sinova, Phys.Rev.Lett.，101，036401 (2008).H.Yu, arXiv: 1202.4218vl .
技术实现思路
本技术目的是:基于上述理论基础，本技术提供一种易于制作的自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达，该马达结构和性能稳定，容易与现有的微电子器件集成，克服了现有技术中采用生物学或化学方法制作的亚微米/纳米马达结构性能不稳定并且很难与现有微电子器件集成的问题。本技术的技术方案是:一种自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达，包括:其上制有沟槽的硅基衬底，架设在所述沟槽上方、且其两端固定在所述硅基衬底上的磁性金属纳米线，并且所述磁性金属纳米线的两端连接有分别连接一金属电极，以及 通过导线与所述两金属电极相连的电源。本技术这种自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案:所述娃基衬底为单晶娃片衬底。采用光刻-腐蚀技术在所述硅基衬底上形成所述沟槽。所述金属电极淀积于所述硅基衬底上。所述磁性金属纳米线的两端是通过淀积于所述娃基衬底上的所述金属电极固定在所述硅基衬底上的。所述磁性金属纳米线为材质为铁、钴、镍、铁-钴合金、铁-镍合金、钴-镍合金或铁-钴-镍合金。所述磁性金属纳米线的直径为20?100纳米，长度为1?10微米。所述金属电极的材质为金或银。所述电源为可以是交流电源，也可以是直流电源。在直流电驱动下，磁性金属纳米线将产生一个固定角度的转动和扭矩。在交流电的驱动下，磁性金属纳米线将产生与外加交流电频率一致的周期性振动。本技术的优点是:本技术这种自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达结构简单是小于1微米的纳米尺度的驱动马达，其结构简单且易于制作，并且结构和性能非常稳定，容易与现有的微电子器件集成。【附图说明】为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达的一般结构示意图。图2为本本技术实施例所制得的自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达的扫描电子显微镜图片。其中:1-娃基衬底，2-磁性金属纳米线，3-金属电极，4-导线，5-电源。【具体实施方式】以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本技术而不限于限制本技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例:自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达的制作步骤一、在单晶硅片衬底上采用标准的光刻-腐蚀技术，制得宽度为2微米的条带状沟槽；步骤二、将一段长度为7微米、直径为50纳米的金属钴纳米线置于所述沟槽之上;步骤三、在所述硅基衬底上、于所述金属钴纳米线两端位置分别淀积两个金电极。从而将金属钴纳米线的两端固定在硅基衬底上，而金属钴纳米线的中部主线段则悬空驾驶在沟槽之上，形成悬臂结构；步骤四、将所述两个金电极用导线引出，连接交流电源，便制成了本技术所说的自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达。图2为本实施例所制得的自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达的扫描电子显微镜图片。不难看出，所述制得的自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达，包括:其上制有沟槽的硅基衬底，架设在所述沟槽上方、且其两端固定在所述硅基衬底上的磁性金属纳米线，并且所述磁性金属纳米线的两端连接有分别连接一金属电极，以及通过导线与所述两金属电极相连的电源。我们还对制得的自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达进行了测试，具体如下:利用所述交流电源对两端电极施加交流电。电压为2伏，测得电流为1微安。交流电频率在1KHZ至100KHZ。我们发现金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自旋极化电流驱动的亚微米/纳米马达，其特征在于它包括：其上制有沟槽的硅基衬底(1)，架设在所述沟槽上方、且其两端固定在所述硅基衬底(1)上的磁性金属纳米线(2)，并且所述磁性金属纳米线(2)的两端连接有分别连接一金属电极(3)，以及通过导线(4)与所述两金属电极相连的电源(5)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于昊，
申请(专利权)人：西交利物浦大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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