[发明专利]一种无源低功耗的微波检测方法

说明书

一种无源低功耗的微波检测方法，检测用反铁磁拓扑绝缘体层包括反铁磁拓扑绝缘体层、设置在本征的反铁磁拓扑绝缘体层上的一对分离的电极层；所述反铁磁拓扑绝缘体层为反铁磁材料的薄膜、纳米片或纳米线；所述反铁磁拓扑绝缘体层为拓扑绝缘体材料的薄膜、纳米片或纳米线；结合其反铁磁原子层+拓扑表面态两者特性，在微波能量下，反铁磁拓扑绝缘体层中自旋发生进动产生自旋流，拓扑表面态具有将自旋流在表面上自发产生定向的电荷流；通过电极检测表面态中的这一定向的电荷流，实现微波作用条件的无源低功耗探测。由于多层反铁磁拓扑绝缘体层，微波检测灵敏度可成倍地增加。拓扑表面态表现出强鲁棒性和低耗散的电流传输特性，降低了微波检测功耗。

技术领域

本发明涉及自旋电子器件领域，尤其是涉及一种无源低功耗的微波检测方法。

背景技术

自旋电子学不仅利用了电子电荷的相关知识，还利用了电子自旋的一些理论。自旋电子学的优势包括低功耗、更少的能源需求、具有较强竞争力的数据传输能力和较大的存储容量。它已被用于各种信息处理设备、存储器和内存设备—尤其是应用在超高密度硬盘驱动器和非易失性存储器。

早在1940年，人们就意识到了自旋共振的存在。在外磁场上，磁矩会发生进动，就像陀螺一样。这种自旋共振从量子的角度理解，就是在磁场作用下，自旋发生赛曼劈裂，不同的自旋方向，能量不同，对于铁磁体，这个能量的差异正好在微波频段。因此，当微波频率正好与这个能量的差异相同，就会发生共振吸收，从而微波被探测到。

最直接的微波探测方案就是测量一般磁性金属吸收微波后的电阻变化。其基本工作原理是：磁矩在微波交流磁场作用下进动，导致电阻交流变化，它与微波电流发生耦合，由于电流和电阻的频率一样，两者相乘之后就可以得到一个直流电压信号，从而把微波信号转化为直流信号而被检测。这种器件非常简单，而且具有可扩展性，很容易优化。这种最简单结构很明显的缺点就是磁电阻很小。我们知道一般磁性金属的磁电阻经常只有百分之几，灵敏度低。

更大磁电阻的体系这种器件采用三种材料，两个磁性层，一层磁矩是固定的，另外一层磁矩是自由。这种三层膜结构的特点是电阻大小和两层铁磁体磁矩的相对夹角相关。由于这个体系的磁电阻很大，室温下磁电阻可以达到300％，比磁性金属的磁电阻大1万倍，因此检测的效率就可能大大增强。但这里主要采用铁磁金属系统，所以系统的功耗很高。

因此，基于铁磁金属的现有的微波检测方法需要进一步的改进。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种无源低功耗的微波检测方法。以及提供检测用反铁磁拓扑绝缘体层的制备。

本发明的技术方案包括：一种无源低功耗的微波检测方法，采用如下检测结构材料：检测用反铁磁拓扑绝缘体层包括反铁磁拓扑绝缘体层、设置在本征的反铁磁拓扑绝缘体层上的一对分离的电极层；所述反铁磁拓扑绝缘体层为反铁磁材料的薄膜、纳米片或纳米线；所述反铁磁拓扑绝缘体层为拓扑绝缘体材料的薄膜、纳米片或纳米线；结合其反铁磁原子层+拓扑表面态两者特性，在微波能量下，反铁磁层具有在微波能量下的产生自旋流的特性；反铁磁拓扑绝缘体层中自旋发生进动产生自旋流，拓扑表面态具有将自旋流在表面上自发产生定向的电荷流；通过电极检测表面态中的这一定向的电荷流，实现微波作用条件的无源低功耗探测。

1个反铁磁原子层/拓扑表面态层(即反铁磁拓扑绝缘体层)构成双(层)结构在微波能量下形成定向电荷流I；或n层反铁磁原子层/拓扑表面态的双(层)结构在微波能量下形成定向电荷流n*I，微波检测灵敏度能成倍地增加；n取2-3000甚至更多。