西安交大科研人员在电场调控自旋动力学研究方面取得新进展

随着自旋电子学的巨磁阻(GMR)与隧道磁阻(TMR)效应被广泛应用于各类商业磁性存储器中,各种新型自旋电子学器件,如稀磁半导体、磁性随机存取存储器、自旋场效应晶体管、自旋发光二极管等也得到了广泛的研究。然而目前人们对于自旋的调控,更多是借助电流和磁场,这使得自旋电子元器件存在能耗大、体积大、热量高等缺点,而用磁场调控自旋方向也容易影响相邻区域的自旋,增加了系统出错率。因此,如何用电场来调控电子自旋成为开发新一代自旋电子器件的挑战之一。另外,在基于多铁材料体系对电子设备快速、紧凑和节能需求的驱动下,室温乃至低温强磁电耦合效应一直是该研究领域不懈的追求。目前,电场调控自旋动态为新型磁电耦合效应的研究提供了思路。

近日,西安交通大学电信学院刘明教授课题组首次利用电场调控一种在铁磁性材料体系中普遍存在的双磁子散射效应,利用改变激发源空间对称性可以调控散射强度的特点,运用电压实现了双磁子散射效应由强至弱或由弱至强的双向调控,为新型磁电自旋器件的设计和研发打下了基础。该成果在外延多铁异质结中利用电子顺磁共振技术研究不同应变模式下双磁子散射效应的特点,观测到了-347 Oe至464 Oe 磁各向异性的双向调控。特别是在173 K及双磁子散射的临界角,由双磁子散射诱导的磁电耦合效应比传统应变效应高573%。在室温下电场对双磁子散射强度的双向调控量为-10.4-11.1%,在173 K为-23.6-11.2%。该工作为下一代电压可调自旋电子器件,如射频/微波器件和自旋波逻辑装置提供一个很有前景的范例。

该成果已在材料科学领域著名期刊ACS Nano(IF=13.942)上在线发表。西安交通大学电信学院电子陶瓷与器件教育部重点实验室为该论文的第一作者和通讯作者单位。该项工作是博士生薛旭在导师刘明教授、周子尧教授的指导下完成的。这也是刘明教授课题组本年度继advanced Materials , Advanced Functional Materials , ACS Nano之后,在该领域发表的第四篇高水平文章,标志着西安交通大学的电场调控磁性研究处于国际领先水平。该工作得到中组部“青年千人”项目、国家自然科学基金面上及重点项目等支持。

文章链接:http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.7b04653