[发明专利]W-Cr合金和包含W-Cr合金的纯自旋流器件

说明书

本发明提供一种W‑Cr合金，其化学式为W_xCr_1‑x,其中，x表示W的原子百分比含量，并且5％≤x≤95％。本发明的W‑Cr合金具有较大的自旋霍尔角，为纯自旋流器件提供了自旋流生成材料，能够广泛应用于纯自旋流器件中。

技术领域

本发明涉及自旋电子学技术领域，尤其是涉及一种W-Cr合金材料和包含W-Cr合金的纯自旋流器件。

背景技术

自旋电子学关注自旋相关的输运特性，其中自旋极化流扮演了重要的角色。近年来，纯自旋流取得了人们越来越多的关注，也取得了很多关键性进展。纯自旋流的优势在于它能在最大限度传递自旋角动量的同时产生最少的焦耳热，这对于目前的自旋电子学器件是非常重要的。目前与纯自旋流的产生和探测有关的技术有自旋塞贝克效应、自旋泵浦效应、自旋霍尔效应和逆自旋霍尔效应等，其中非磁材料的自旋霍尔角以及相关铁磁/非磁异质结构的界面自旋混合电导是核心参数。自旋霍尔角表征纯自旋流和电荷流之间的转化效率，自旋霍尔角越大，转化效率越大；自旋混合电导表征材料对自旋流在相关异质结构界面的穿透能力，自旋混合电导越大，穿透能力也越大。因此如何提高非磁材料的自旋霍尔角和相关异质结构的界面自旋混合电导成为当前研究的首要议题。

现有技术中已经发现，5d金属β相钨(W)有很大的自旋霍尔角，可以用来作为纯自旋流的探测材料，也可以利用β-W的大自旋霍尔效应在“β-W/铁磁层”异质结构中利用自旋转移力矩效应来调控铁磁层的磁化方向。但β-W的热稳定性不好，在“β-W/铁磁层”异质结构中β-W容易变成自旋霍尔角较小的α-W。因此，进一步提高非磁材料W的自旋霍尔角，并同时增强“铁磁层/W”异质结构的界面自旋混合电导对于自旋电子学应用来说具有重要意义。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种W-Cr合金，其化学式为W_xCr_1-x,其中，x表示W的原子百分比含量，并且5％≤x≤95％。

根据本发明的W-Cr合金，优选地，40％≤x≤60％。

根据本发明的W-Cr合金，优选地，x＝50％。

本发明还提供了一种W-Cr合金的制备方法，其中，采用磁控溅射技术在衬底上制备所述W-Cr合金。

本发明又提供了一种纯自旋流器件，其包括根据本发明的W-Cr合金。

根据本发明的纯自旋流器件，优选地为YIG/W-Cr合金异质结或TIG/W-Cr合金异质结。

根据本发明的纯自旋流器件，优选地，所述YIG/W-Cr合金异质结包括单晶钆镓石榴石衬底、所述单根据本发明的纯自旋流器件，优选地晶钆镓石榴石衬底之上的YIG薄膜、以及所述YIG薄膜之上的W-Cr合金薄膜。

根据本发明的纯自旋流器件，优选地，所述TIG/W-Cr合金异质结包括单晶钆镓石榴石衬底、所述单晶钆镓石榴石衬底之上的TIG薄膜、以及所述Y TIG薄膜之上的W-Cr合金薄膜。

根据本发明的纯自旋流器件，优选地为W₃₀Cr₇₀/CoFeB/MgO磁性隧道结或W-Cr合金/FeNiB/MgO磁性隧道结。

本发明还提供了根据本发明的W-Cr合金在纯自旋流器件中的用途。

与现有技术相比，本发明的W-Cr合金具有较大的自旋霍尔角，为纯自旋流器件提供了自旋流生成材料，能够广泛应用于纯自旋流器件中。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为根据本发明实施例1的Cr靶和W条的示意性配置图；

图2为根据本发明实施例2的YIG/W-Cr合金异质结构的结构示意图；