一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法，属于自旋电子学领域。本发明专利技术基于在一定条件下，最强衍射束偏转角的正弦值与DM作用常数近似满足简单的线性关系，通过测量最强衍射束偏转角的正弦值来测量DM作用常数，不需要分辨自旋波波长变化，测量方法不受波长分辨率的限制，因而可以适用于更宽频率范围(20GHz到100GHz，以坡莫合金波导系统为例)的自旋波下的DM作用强度的测量，突破了传统BLS等方法对波长分辨率的限制，这对于未来研究基于界面DM作用的自旋波特别是交换自旋波有着很大的作用。换自旋波有着很大的作用。换自旋波有着很大的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法


[0001]本专利技术属于自旋电子学领域，更具体地，涉及一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法。

技术介绍

[0002]铁磁性材料各种磁矩有序排列源自其内部的各种磁性相互作用，包括使得磁矩平行排列的各向同性交换作用，以及使得磁矩以特定手性螺旋排列的各向异性交换作用，后者即为所谓的Dzyaloshinskii
‑
Moriya(DM)相互作用。DM相互作用最早是在1960年左右由Dzyaloshinskii和Moriya两位物理学家提出的，用来解释在纳米反铁磁介质中观察到的弱铁磁性。而界面DM作用是在厚度方向上结构对称破缺的多层体系中产生的一种界面效应。近年来，界面DM作用产生的自旋电子现象也被广泛观察到。界面DM作用对新一代重金属/铁磁自旋电子材料器件(SOT
‑
MRAM,赛道存储器等)的各种性能起到关键作用，因而对其精确测量为研发下一代自旋电子学器件至关重要。自旋波具有信息存储密度大，功耗小，易耦合等特点，这些特性使得自旋波成为了下一代信息技术的理想信息载体。自旋波的这些特点对于自旋电子器件的发展具有很大的益处。传统自旋波的色散曲线是互易的，但是界面DM作用下自旋波在铁磁纳米线中的传播的诸多特性(频率，振幅与衰减长度等)则会表现出非互易性。基于这种非互易性，自旋波表现出很多可以和光波传输类比的有趣性质。例如，界面DM作用下自旋波反射的效应，负折射现象，以及波动中波前面倾斜等。除了以上现象外，自旋波的另一个可以和光波传输类比的特性就是自旋波的衍射。由于在界面DM作用下自旋波会表现出很多相对于传统自旋波的不同特性，因此DM作用强度的探测对于自旋波的研究至关重要。
[0003]基于DM作用下自旋波的非互易性，目前布里渊光散射光谱技术(BLS)可以用于测量界面DM作用的强度，但是受限于波长分辨率，BLS测试方法只适用于频率在20GHz以下低频自旋波，因此对于测量20GHz以上的自旋波里的DM作用的强度成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法，其目的在于测量20GHz以上自旋波下的DM作用的强度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法，包括：
[0006]S1.在能产生衍射条纹的平面波导上激发自旋波，使得激发的自旋波通过镂空结构传播并发生衍射；所述平面波导由能够产生自旋波的波导材料构成；
[0007]S2.根据背向体波中最强衍射束偏转角β的正弦值计算得到DM作用的强度；所述最强衍射束的偏转角为最强衍射束的方向与背向体波磁矩方向的夹角；所述最强衍射束指衍射强度最强的衍射束；所述背向体波为薄膜被面内磁化且磁矩平行于自旋波波矢时的自旋
波模式。
[0008]进一步地，所述平面波导的长和宽至少是自旋波波长的十倍。
[0009]进一步地，所述平面波导为H型镂空结构，其中间实体部分的长度d与自旋波波长的关系遵循光波的衍射原理里对狭缝长度与宽度的要求。
[0010]进一步地，所述波导材料为坡莫合金、铁、钴、镍或YIG。
[0011]进一步地，所述平面波导设置有边界吸收层；所述边界吸收层采用阻尼因子至少大于波导材料阻尼因子一个数量级的铁磁材料构成。
[0012]进一步地，采用微波磁场、超短激光脉冲或者自旋极化电流作为激励场，在恒定磁场下激发背向体波。
[0013]进一步地，最强衍射束的偏转角β的正弦值与界面DM作用强度D的关系为：
[0014][0015]A表示磁性材料的交换常数，k0为入射波的波数。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
[0017]本专利技术发现当自旋波通过一个大小与波长相当的狭缝时发生衍射，在界面DM作用下，强度最强衍射束的方向明显偏离狭缝的中心，强度最强衍射束偏转角的正弦值与界面DM作用常数近似满足简单的线性关系，基于上述线性关系，可以测得界面DM作用的强度值。在频率越高时，对应的色散关系里的自旋波的波矢k越大因而其对应的自旋波波长值越短。对于传统的布里渊光散射(BLS)等技术，很难分辨出交换自旋波范围内的波长值，因此基于上述技术只能测量20GHz以下的DM作用常数。本专利技术的测量方法基于测量最强衍射束的偏转，不需要分辨自旋波波长变化，因而可以适用于更宽频率范围(20GHz到100GHz)的自旋波下的DM作用强度的测量，突破了传统BLS方法对波长分辨率的限制，这对于未来研究基于界面DM作用的交换自旋波有着很大的作用。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的DM作用强度测量方法基本结构图；
[0019]图2中(a)为有无偶极场，改变DM作用常数大小的背向体波的色散关系图；图2中(b)为有无偶极场，改变DM作用常数大小的静磁表面波(也称为DE波)的色散关系图；
[0020]图3为不同D下背向体波的衍射图案，其中，(a)D＝0mJ/m2；(c)D＝
‑
2.0mJ/m2；(e)D＝2.0mJ/m2；(b)、(d)、(f)为相应D下自旋波的归一化二维强度图，插图为x＝1000nm处自旋波强度随y变化曲线；
[0021]图4中(a)为不同频率下入射背向体波衍射后y方向波数变化量随D的变化曲线；图中4(b)为强度最大衍射束偏转角的正弦值随DM作用常数D的变化曲线。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要
彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0023]本专利技术提供一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法，具体包括以下步骤：
[0024]S1.在能产生衍射条纹的平面波导上激发背向体波，使得激发的背向体波通过镂空结构传播并发生衍射；所述平面波导由能够产生自旋波的波导材料构成；
[0025]具体地，本专利技术实施例平面波导设置为H型镂空结构的具体结构如图1所示，(也可为其他结构，能产生衍射条纹即可)其长和宽至少是自旋波波长的十倍，这样便于观测自旋波的传输谱；本专利技术实施例利用微磁学模拟软件OOMMF(Object Oriented MicroMagnetic Framework)建立坡莫合金(Py)薄膜，形成平面波导(本专利技术中波导材料也可以是铁、钴、镍、YIG等其他磁性材料)，长度为3000nm，宽度为1000nm，厚度为3nm；平面波导外围设置边界吸收层(absorption boundaries)，设置边界吸收层可以减弱自旋波在边界反射对衍射现象的干扰(实验中如能保证样品足够大可不加边界吸收层)，并且可以排除DM作用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法，其特征在于，包括：S1.在能产生衍射条纹的平面波导上激发自旋波，使得激发的自旋波通过镂空结构传播并发生衍射；所述平面波导由能够产生自旋波的波导材料构成；S2.根据背向体波中最强衍射束偏转角β的正弦值计算得到DM作用的强度；所述最强衍射束的偏转角为最强衍射束的方向与背向体波磁矩方向的夹角；所述最强衍射束指衍射强度最强的衍射束；所述背向体波为薄膜被面内磁化且磁矩平行于自旋波波矢时的自旋波模式。2.根据权利要求1所述的一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法，其特征在于，所述平面波导的长和宽至少是自旋波波长的十倍。3.根据权利要求2所述的一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法，其特征在于，所述平面波导为H型镂空结构，其中间实体部分的长度d与自旋波波长的关系遵循光波的衍射原理里对狭缝长度与宽度的要求。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢丽娜，沈茂康，聂彦，张悦，王韬，王鲜，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：