[发明专利]一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法

说明书

本发明公开了一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法，属于自旋电子学领域。本发明基于在一定条件下，最强衍射束偏转角的正弦值与DM作用常数近似满足简单的线性关系，通过测量最强衍射束偏转角的正弦值来测量DM作用常数，不需要分辨自旋波波长变化，测量方法不受波长分辨率的限制，因而可以适用于更宽频率范围(20GHz到100GHz，以坡莫合金波导系统为例)的自旋波下的DM作用强度的测量，突破了传统BLS等方法对波长分辨率的限制，这对于未来研究基于界面DM作用的自旋波特别是交换自旋波有着很大的作用。

技术领域

本发明属于自旋电子学领域，更具体地，涉及一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法。

背景技术

铁磁性材料各种磁矩有序排列源自其内部的各种磁性相互作用，包括使得磁矩平行排列的各向同性交换作用，以及使得磁矩以特定手性螺旋排列的各向异性交换作用，后者即为所谓的Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用。DM相互作用最早是在1960年左右由Dzyaloshinskii和Moriya两位物理学家提出的，用来解释在纳米反铁磁介质中观察到的弱铁磁性。而界面DM作用是在厚度方向上结构对称破缺的多层体系中产生的一种界面效应。近年来，界面DM作用产生的自旋电子现象也被广泛观察到。界面DM作用对新一代重金属/铁磁自旋电子材料器件(SOT-MRAM,赛道存储器等)的各种性能起到关键作用，因而对其精确测量为研发下一代自旋电子学器件至关重要。自旋波具有信息存储密度大，功耗小，易耦合等特点，这些特性使得自旋波成为了下一代信息技术的理想信息载体。自旋波的这些特点对于自旋电子器件的发展具有很大的益处。传统自旋波的色散曲线是互易的，但是界面DM作用下自旋波在铁磁纳米线中的传播的诸多特性(频率，振幅与衰减长度等)则会表现出非互易性。基于这种非互易性，自旋波表现出很多可以和光波传输类比的有趣性质。例如，界面DM作用下自旋波反射的效应，负折射现象，以及波动中波前面倾斜等。除了以上现象外，自旋波的另一个可以和光波传输类比的特性就是自旋波的衍射。由于在界面DM作用下自旋波会表现出很多相对于传统自旋波的不同特性，因此DM作用强度的探测对于自旋波的研究至关重要。

基于DM作用下自旋波的非互易性，目前布里渊光散射光谱技术(BLS)可以用于测量界面DM作用的强度，但是受限于波长分辨率，BLS测试方法只适用于频率在20GHz以下低频自旋波，因此对于测量20GHz以上的自旋波里的DM作用的强度成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法，其目的在于测量20GHz以上自旋波下的DM作用的强度。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于自旋波衍射效应的探测界面DM作用强度的方法，包括：

S1.在能产生衍射条纹的平面波导上激发自旋波，使得激发的自旋波通过镂空结构传播并发生衍射；所述平面波导由能够产生自旋波的波导材料构成；

S2.根据背向体波中最强衍射束偏转角β的正弦值计算得到DM作用的强度；所述最强衍射束的偏转角为最强衍射束的方向与背向体波磁矩方向的夹角；所述最强衍射束指衍射强度最强的衍射束；所述背向体波为薄膜被面内磁化且磁矩平行于自旋波波矢时的自旋波模式。

进一步地，所述平面波导的长和宽至少是自旋波波长的十倍。

进一步地，所述平面波导为H型镂空结构，其中间实体部分的长度d与自旋波波长的关系遵循光波的衍射原理里对狭缝长度与宽度的要求。

进一步地，所述波导材料为坡莫合金、铁、钴、镍或YIG。

进一步地，所述平面波导设置有边界吸收层；所述边界吸收层采用阻尼因子至少大于波导材料阻尼因子一个数量级的铁磁材料构成。

进一步地，采用微波磁场、超短激光脉冲或者自旋极化电流作为激励场，在恒定磁场下激发背向体波。