室温下铂/钇铁石榴石中非易失性电场对铁磁共振和自旋泵浦的控制

DOI：10.1002/aelm.201800663 期刊：Advanced Electronic Materials 出版年份：2019 更新时间：2026-01-09 18:48:59

摘要： 电场调控磁学特性对于实现高效、高密度和快速的信息存储与处理具有重要意义。铁磁体与铁电体异质结构中通过应变介导的逆磁电耦合效应，在室温下实现电控磁学展现出潜力，近期已引发诸多研究关注。然而此类磁电效应研究主要集中于磁性金属领域。本研究采用磁控溅射技术，将高质量钇铁石榴石（Y3Fe5O12(YIG)）薄膜直接沉积于(100)取向单晶Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3(PMN-PT)衬底上。PMN-PT衬底中电场诱导的极化翻转与晶格应变，使YIG薄膜呈现两种非易失且可电逆转的显著磁化状态。由于YIG与PMN-PT衬底的直接接触，实现了高效的磁电耦合及YIG薄膜易轴近90°旋转。此外，在Pt/YIG/PMN-PT异质结构中观测到电场控制的类磁滞回线铁磁共振场偏移及自旋泵浦信号。通过将高质量YIG薄膜直接生长于PMN-PT衬底，该研究克服了技术障碍，从而实现了通过电场对磁学特性及纯自旋流输运的高效调控。这些发现为未来低功耗磁绝缘体基自旋电子器件研发具有重要指导意义。

关键词： 纯自旋流磁性绝缘体磁电耦合

作者： Rui Yu，Kang He，Qi Liu，Xucheng Gan，Bingfeng Miao，Liang Sun，Jun Du，Hongling Cai，Xiaoshan Wu，Mingzhong Wu，Haifeng Ding

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研究概述实验方案设备清单

研究目的

研究室温下铂/钇铁石榴石异质结构中铁磁共振和自旋泵浦的非易失性电场调控，以实现磁性和纯自旋流传输的高效能操控。

研究成果

在PMN - PT衬底上直接沉积高质量YIG薄膜可实现高效的磁电耦合，从而实现对磁各向异性（易轴近90°旋转）、铁磁共振场和自旋泵浦信号的非易失性电场调控。这为基于磁性绝缘体的低功耗自旋电子器件实现了两种不同的稳定状态，具有潜在应用价值。

研究不足

该研究采用多晶YIG薄膜，其阻尼可能高于单晶薄膜。YIG的较大厚度（50纳米）降低了来自PMN-PT的应变传递效率。自旋泵浦测量因镀膜与未镀膜YIG具有相近的阻尼因子，导致无法提取有效的有效混合电导率，从而受到限制。

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设备名称型号厂家功能

Electrometer Keithley 6517B Keithley
Measurement of leakage current in PMN-PT substrates under electric field
Ferroelectric Tester Precision Premier II Radiant Technologies, Inc.
Measurement of ferroelectric hysteresis loops and polarization current

Magnetron Sputtering System
Deposition of YIG, Ag, Pt, and Cu thin films
Atomic Force Microscope
Characterization of surface morphology and roughness of YIG films
X-ray Diffractometer
Structural analysis of PMN-PT substrates and YIG films
Vibrating Sample Magnetometer
Measurement of magnetic hysteresis loops and coercivity
Electron Paramagnetic Resonance Apparatus
Measurement of ferromagnetic resonance spectra
Lock-in Amplifier
Modulation and detection of spin pumping voltage signals
Coplanar Waveguide
Platform for spin pumping experiments with microwave excitation
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AQ6370 Series Optical Spectrum Analyzer
669

型号：AQ6370D

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Agilent Cary 7000 Universal Measurement Spectrophotometer (UMS)
214

型号：

厂家：Agilent Technologies Inc

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ZEISS Axioscope 5
276

型号：

厂家：Carl Zeiss Microscopy GmbH

智能分析：蔡司Axioscope 5是一款专为提升实验室效率设计的智能显微镜，凭借其创新的智能操作、优异的成像质量以及广泛的适用领域，展现了其卓越的性能与实用价值。然而，目镜规格的不明确以及价格信息的缺失可能会对特定用户的选择造成一定影响。整体而言，该产品是高要求实验室和研究机构的理想选择。
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USB4000
267

型号：USB4000

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ZEISS LSM 990 Spectral Multiplex
394

型号：ZEISS LSM 990 Spectral Multiplex

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Evolution 300 UV-Vis Spectrophotometer
370

型号：Evolution 300

厂家：Thermo Fisher Scientific

智能分析： Evolution 300紫外可见分光光度计是一款性能卓越的实验室光谱仪，适用于生命科学、材料科学、制药和光谱分析等多种应用领域。其高精度光学设计和宽广的波长范围使其在精密实验中表现出色，同时快速启动和智能附件提升了使用便利性。然而，其设备重量和技术维护需求可能对使用环境有一定限制。总体而言，这是一款可靠且高效的光谱分析工具，适合高要求的实验室应用。
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