[发明专利]人工自旋冰纳米结构以及自旋波传输调控方法

说明书

本发明公开一种人工自旋冰纳米结构以及自旋波传输调控方法，包括顶层的风车型人工自旋冰和底层的软铁磁层，风车型人工自旋冰与软铁磁层通过静磁作用耦合在一起；调整顶部风车型人工自旋冰的磁化状态，可在底部软铁磁层中形成明显的自旋波纳米通道，在自旋波纳米通道中可以传播特定频率的自旋波；通过对顶层风车型人工自旋冰磁化状态全局或局部调整，实现有效的引导和操控自旋波的传输。本发明进一步拓宽了人工自旋冰在磁振子电子学中的应用，为有效的引导和操控自旋波提供了一种新方法，这种由软铁磁层耦合的人工自旋冰纳米结构可能会被应用于低功耗的信息和数据处理中，将对新型自旋波逻辑器件和电路的开发产生重要的影响。

技术领域

本发明属于磁振子电子学技术领域，具体涉及一种人工自旋冰纳米结构以及自旋波传输调控方法。

背景技术

随着摩尔定律逐渐接近物理极限，磁振子电子学被认为是最具潜力的信息传输和处理技术，近年来得到了蓬勃发展。在磁振子电子学中，信息的载体是自旋波磁振子，与光子晶体类似，通常把能够传播自旋波的周期性磁性纳米材料称为磁振子晶体，其研究目的主要是寻找CMOS半导体技术的替代品，从而为后摩尔时代信息技术铺平道路。使用自旋波作为信息的载体是目前最先进的信息技术，它不依赖于电荷传输，从而可以有效地避免焦耳热的产生。与同频率的电磁波相比，自旋波波长要短很多，因此，使用自旋波可以设计更小的纳米器件。在过去的几年里，许多基于自旋波概念的纳米器件被提出，然而，在通往实际应用的道路上，对于自旋波的有效引导和控制仍是一个棘手的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题：本发明提供一种通过顶层风车型人工自旋冰磁化状态的全局或局部调整，可实现自旋波传输的有效调控的人工自旋冰纳米结构以及自旋波传输调控方法。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种人工自旋冰纳米结构，包括顶层的风车型人工自旋冰和底层的软铁磁层，风车型人工自旋冰与软铁磁层通过静磁作用耦合在一起；通过调整顶层风车型人工自旋冰的磁化状态，可实现水平畴态和垂直畴态这两种状态之间的切换。水平畴态下，在底部软铁磁层中形成水平方向连续的自旋波纳米通道，在自旋波源的激发下，特定频率的自旋波可沿通道传输；垂直畴态下，在底部软铁磁层中并没有激发出连续的自旋波纳米通道，水平方向的自旋波纳米通道被关闭。

进一步地，所述风车型人工自旋冰的若干纳米磁体分别设置在小正方形格子中心并呈棘轮状周期排布。

进一步地，所述风车型人工自旋冰是将方形人工自旋冰中的纳米磁体绕其中心旋转45°获得；纳米磁体的长度为L＝300nm，宽度W＝80nm，厚度T＝20nm，形状为椭圆形。

进一步地，风车型人工自旋冰和底层软铁磁层的材料均为坡莫合金，软铁磁层的厚度为10nm。

一种基于人工自旋冰纳米结构的自旋波传输调控方法，将风车型人工自旋冰与底层的软铁磁层通过静磁作用耦合在一起，调整顶部风车型人工自旋冰的磁化状态，可在底部软铁磁层中形成明显的自旋波纳米通道，在自旋波纳米通道中可以传播特定频率的自旋波；通过对顶层风车型人工自旋冰磁化状态的全局或局部调整，可实现有效的引导和操控自旋波的传输。

进一步地，通过调整顶层风车型人工自旋冰的磁状态配置，实现水平畴态和垂直畴态这两种状态之间的切换，水平畴态下，在软铁磁层中呈现水平方向弯曲的条纹状磁畴和磁畴壁，在畴壁处形成连续、强而清晰的自旋波纳米通道自旋波纳米通道；垂直畴态下，在软铁磁层中呈现垂直方向弯曲的条纹状磁畴和磁畴壁，软铁磁层中自旋波的空间分布分立且较弱，实现自旋波纳米通道的关闭。

进一步地，自旋波纳米通道可以通过面内垂直和水平方向外磁场饱和磁化样品实现打开或关闭；沿人工自旋冰纳米结构面内+x方向施加正弦自旋波激发场，在水平畴态的底部软铁磁层中形成明显的自旋波纳米通道，自旋波可沿纳米通道传输较远的距离。