多层膜异质结构、其制备方法及应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106784299A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201710073117.6(22)申请日2017.02.10(71)申请人中国科学院物理研究所地址100190北京市海淀区中关村南三街八号(72)发明人郑晓丽蔡建旺(74)专利代理机构北京市英智伟诚知识产权代理事务所(普通合伙)11521代理人刘丹妮(51)Int.Cl.H01L43/00(2006.01)H01L35/28(2006.01)G01T1/29(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称多层膜异质结构、其制备方法及应用(57)摘要本发明提供一种多层膜异质结构、其制备方法及应用。本发明提供的该多层膜异质结构能够排除其他热磁效应的干扰，清晰有效地将自旋流探测层的逆自旋霍尔效应ISHE和反常能斯特效应ANE以及反常里吉-勒杜克效应ARL分离开来，减小了自旋流在界面处的反射，实现了室温下对纵向自旋塞贝克效应的测量；且不限制自旋流探测层材料的矫顽力，扩大了可进行实际应用的材料范围。CN106784299ACN106784299A权利要求书1/1页1.一种多层膜异质结构，其特征在于，所述多层膜异质结构包括：衬底，和衬底上依次设置的：第一铁磁层，设置于衬底上；非磁隔离层，设置于第一铁磁层上；第二铁磁层，设置于非磁隔离层上；反铁磁钉扎层，设置于第二铁磁层上；以及设置于反铁磁钉扎层上的保护层。2.根据权利要求1所述的多层膜异质结构，其特征在于，制备态时第一铁磁层和第二铁磁层的磁矩翻转过程有明显的区分。3.根据权利要求1或2所述的多层膜异质结构，其特征在于，所述第一铁磁层的材料选自：铁磁性绝缘材料、亚铁磁性绝缘材料、铁磁性金属及其合金材料、亚铁磁性金属及其合金材料；优选为含铁石榴石，最优选为Y3Fe5O12。4.根据权利要求1-3任一项所述的多层膜异质结构，其特征在于：所述衬底材料为非磁材料，优选为硅片、钆镓石榴石GGG，最优选为钆镓石榴石GGG；所述非磁隔离层材料为非磁金属，优选为Ti、C、Cu，最优选为Cu；所述反铁磁钉扎层材料为反铁磁性材料，优选为FeMn、IrMn，最优选为IrMn；所述保护层材料为非磁性抗氧化材料，优选为Ta、SiO2，最优选为SiO2。5.根据权利要求1-4任一项所述的多层膜异质结构，其特征在于，所述的非磁隔离层厚度0.5nm以上，优选为0.5nm～5nm。6.一种多层膜异质结构的制备方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：(1)采用液相外延法在衬底上生长第一铁磁层；(2)采用磁控溅射方法在第一铁磁层上依次镀上非磁隔离层、第二铁磁层、反铁磁钉扎层及保护层；优选地，所述非磁隔离层、第二铁磁层、反铁磁钉扎层采用直流溅射方式，所述保护层采用射频溅射方式。7.根据权利要求6所述的多层膜异质结构的制备方法，其特征在于，采用所述的磁控溅射法镀层时，磁控溅射设备的真空度小于4.0×10-5Pa，氩气的工作气压为0.5Pa。8.一种自旋阀，其特征在于，所述自旋阀包括：如权利要求1-5任一项所述的多层膜异质结构；或如权利要求6所述方法制备的多层膜异质结构。9.一种自旋流探测装置，其特征在于，所述自旋流探测装置包括如权利要求8所述的自旋阀。10.一种自旋流探测方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1-5中任一项所述的多层膜异质结构，并且，探测时使温度梯度垂直于膜面、样品表面位于冷端，外加磁场在样品平面内扫描，热电压通过样品平面内垂直于外加磁场的两端电极进行测量。2CN106784299A说明书1/6页多层膜异质结构、其制备方法及应用技术领域[0001]本发明属于自旋电子技术领域，具体涉及一种多层膜异质结构、其制备方法和在自旋流探测中的应用。背景技术[0002]自旋流的产生、输运和探测是近些年来自旋电子学的热门研究课题，在目前的研究方法中自旋霍尔效应，自旋塞贝克效应、自旋泵浦以及局域自旋阀结构等引起了该研究领域人士的广泛关注，而其中的自旋塞贝克效应以其简单的探测机制和便易的实验方法更是受到诸多研究者青睐。[0003]对于自旋塞贝克效应的研究，通常有横向(温度梯度在膜面内)和纵向(温度梯度垂直于膜面)两种实验装置，用于研究的样品一般是铁磁/金属双层膜结构，其中底层的铁磁层在温度梯度的作用下产生自旋流并将其注入到与之相邻的具有强自旋轨道耦合作用的非磁金属层中，通过非磁金属层的逆自旋霍尔效应ISHE可以对自旋流进行探测。近三年来已在非磁金属Pt、W、Ta、Cu(Bi)、Au(W)、Cu(Au)等薄膜材料中观察到了明显的逆自旋霍尔效应ISHE，随后，研究者们开始了对铁磁金属的逆自旋霍尔效应ISHE的探究，但是，不同于非磁材料逆自旋霍尔效应ISHE的检测，铁磁材料在