[发明专利]一种实现无场翻转的重金属/铁磁/重金属异质结及其制备方法

说明书

本发明公开了一种实现无场翻转的重金属/铁磁/重金属异质结及其制备方法，包括基片，位于所述基片上的底部重金属层，位于所述底部重金属层上的铁磁层，位于所述铁磁层上的顶部重金属层，所述顶部重金属层为楔形结构；制备方法包括以下步骤：S1：在本底真空及高纯度氩气条件下，以重金属为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在基片上沉积重金属得到底部重金属层；以铁磁金属为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在所述底部重金属层上沉积铁磁得到铁磁层；以重金属为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在所述铁磁层上沉积重金属得到顶部重金属层。本发明可实现无外磁场下的电致磁矩翻转，通过调控顶部重金属层楔形的厚度，获得无场翻转所需结构。

技术领域

本发明涉及一种磁电子器件技术领域，尤其涉及发明一种实现无场翻转的重金属/铁磁/重金属异质结及其制备方法。

背景技术

铁磁/重金属异质结的自旋轨道矩效应，自发现以来就得到人们的密切关注。往铁磁/重金属异质结中水平注入电流，产生的自旋轨道矩可诱导铁磁层的磁矩翻转，并且整个过程具有高速、高效和低能耗等特性。因此，自旋轨道矩在自旋电子学中具有广泛的应用前景，可应用于设计自旋矩振荡器、赛道存储器和自旋轨道矩-磁性随机存储器等等。

然而，对于绝大多数铁磁/重金属异质结，自旋轨道矩驱动铁磁层的磁矩翻转时需要外磁场的辅助，这严重制约着自旋轨道矩的应用前景。因此，如何使自旋轨道矩在无外磁场的辅助下就能驱动铁磁层的磁矩翻转是近几年自旋电子学研究的热点。迄今为止，人们发现单轴磁各向异性、交换偏置场、层间交换耦合、梯度自旋流等条件均可实现铁磁/重金属异质的磁矩无场翻转。然而，上述铁磁/重金属异质结的制备工艺相对复杂、器件稳定性相对较差，因此寻找一种实现无场翻转的简单磁性异质结具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现无场翻转的重金属/铁磁/重金属异质结及其制备方法，解决了现有技术中单轴磁各向异性、交换偏置场、层间交换耦合、梯度自旋流等条件实现铁磁/重金属异质的磁矩无场翻转的制备工艺相对复杂、器件稳定性相对较差的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种实现无场翻转的重金属/铁磁/重金属异质结，其特征在于，包括基片，位于所述基片上的底部重金属层，位于所述底部重金属层上的铁磁层，位于所述铁磁层上的顶部重金属层，所述顶部重金属层为楔形结构。

进一步地，所述基片为Si/SiO₂基片，所述底部重金属层为Pt，所述铁磁层为Co，所述顶部重金属层为Pt。

进一步地，所述底部重金属层的厚度为1.5 nm，所述铁磁层的厚度为0.6 nm。

进一步地，所述顶部重金属层的楔形结构最厚端厚度为3.38 nm，最薄端厚度为0.51 nm。

进一步地，所述顶部重金属层的楔形结构的楔形度为0.32 nm/cm。

本发明还提供一种实现无场翻转的重金属/铁磁/重金属异质结的制备方法，包括以下步骤：

S1：在本底真空及高纯度氩气条件下，以重金属为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在基片上沉积重金属得到底部重金属层；

S2: 在本底真空及高纯度氩气条件下，以铁磁金属为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在所述底部重金属层上沉积铁磁得到铁磁层；

S3：在本底真空及高纯度氩气条件下，以重金属为靶材，采用超高真空磁控溅射技术在所述铁磁层上沉积重金属得到顶部重金属层。

进一步地，所述步骤S1中本底真空为6.65×10^-6 Pa，氩气压强为0.45 Pa，重金属的溅射功率为40 W，溅射过程中所述基片沿顺时针方向匀速旋转。