[发明专利]基于自旋泵浦-逆自旋霍尔效应的微波磁场探测器及方法

权利要求书

1.一种基于自旋泵浦-逆自旋霍尔效应的微波磁场探测器，其特征在于：利用磁控溅射镀膜工艺和光刻工艺在3个SiO₂基片上分别制备完全相同的n个串联的条状Py/Ta复合双层薄膜，所述薄膜的长宽比值在200以上，薄膜内的微波感应电流被限制在薄膜的长边方向；其中xy平面和yz平面上的薄膜的长边方向平行于y轴，xz平面上的薄膜的长边方向平行于z轴；3个基片彼此互相垂直，且3个基片的公共顶点与原点重合；对于每个SiO₂基片，都施加一个与薄膜长边垂直且从0开始增大的直流磁场，此磁场增大到某值a后，再从0开始增大到a，此过程一直循环，这里的某值a根据所测微波磁场的频段进行设定，遵循基特尔公式；通过测量3个SiO₂基片上串联的条状薄膜两端的电压得到空间微波磁场在x、y、z方向上的分量h_x、h_y、h_z。

2.根据权利要求1所述的基于自旋泵浦-逆自旋霍尔效应的微波磁场探测器，其特征在于：测量3个SiO₂基片上串联的条状薄膜两端的电压分别得到V₁、V₂、V₃，其中V₁为xz平面上的电压，V₂为xy平面上的电压，V₃为yz平面上的电压，因此联立公式(1)、(2)、(3)，就能求出空间微波磁场在x、y、z方向上的分量h_x、h_y、h_z，

其中，L为对称的洛伦兹线型，表示为式中H、H_r、△H分别为外加直流磁场、铁磁共振场、铁磁共振线宽；A_x′y′、A_x′x′、A_y′y′为薄膜的有效磁导率张量分量的振幅，与薄膜的性质有关，可表示为A_x′y′＝-4πM_s/α(2H_r+4πM_s)，A_x′x′＝-γA_x′y′(H_r+4πM_s)/ω，A_y′y′＝-γA_x′y′H_r/ω，式中M_S为薄膜的饱和磁化强度，γ、α、ω分别为旋磁比、薄膜的吉尔伯特阻尼系数、微波角频率；式中σ_F和σ_N分别为Py层和Ta层的电导率，d_F和d_N分别为Py层和Ta层的厚度，θ_SH和λ_sd分别为Ta的自旋霍尔角和自旋扩散长度，e和l分别为电子电荷和薄膜的长，g_↑↓为Py/Ta界面的自旋混合电导。

3.一种基于自旋泵浦-逆自旋霍尔效应测量微波磁场的方法，其特征在于：利用磁控溅射镀膜工艺和光刻工艺在3个SiO₂基片上分别制备完全相同的n个串联的条状Py/Ta复合双层薄膜，所述薄膜的长宽比值在200以上，薄膜内的微波感应电流被限制在薄膜的长边方向；其中xy平面和yz平面上的薄膜的长边方向平行于y轴，xz平面上的薄膜的长边方向平行于z轴；3个基片彼此互相垂直，且3个基片的公共顶点与原点重合；对于每个SiO₂基片，都施加一个与薄膜长边垂直且从0开始增大的直流磁场，此磁场增大到某值a后，再从0开始增大到a，此过程一直循环，这里的某值a根据所测微波磁场的频段进行设定，遵循基特尔公式；通过测量3个SiO₂基片上串联的条状薄膜两端的电压得到空间微波磁场在x、y、z方向上的分量h_x、h_y、h_z。

4.根据权利要求3所述的基于自旋泵浦-逆自旋霍尔效应测量微波磁场的方法，其特征在于：测量3个SiO₂基片上串联的条状薄膜两端的电压分别得到V₁、V₂、V₃，其中V₁为xz平面上的电压，V₂为xy平面上电压，V₃为yz平面上的电压，因此联立公式(1)、(2)、(3)，就能求出空间微波磁场在x、y、z方向上的分量h_x、h_y、h_z，

其中，L为对称的洛伦兹线型，表示为式中H、H_r、△H分别为外加直流磁场、铁磁共振场、铁磁共振线宽；A_x′y′、A_x′x′、A_y′y′为薄膜的有效磁导率张量分量的振幅，与薄膜的性质有关，可表示为A_x′y′＝-4πM_s/α(2H_r+4πM_s)，A_x′x′＝-γA_x′y′(H_r+4πM_s)/ω，A_y′y′＝-γA_x′y′H_r/ω，式中M_S为薄膜的饱和磁化强度，γ、α、ω分别为旋磁比、薄膜的吉尔伯特阻尼系数、微波角频率；式中σ_F和σ_N分别为Py层和Ta层的电导率，d_F和d_N分别为Py层和Ta层的厚度，θ_SH和λ_sd分别为Ta的自旋霍尔角和自旋扩散长度，e和l分别为电子电荷和薄膜的长，g_↑↓为Py/Ta界面的自旋混合电导。