[发明专利]一种利用磁隧道结探测激光激发的表面波的装置和方法

说明书

本发明公开了一种利用磁隧道结探测激光激发的表面波的装置和方法，包括以下步骤：用飞秒激光脉冲在样品表面激发表面波，由于磁弹性相互作用，表面波与磁隧道结自旋相互作用，使得磁隧道结的磁电阻ΔR发生变化，通过在MTJ中加一个恒定的小电流，测量表面波引起的电压变化，改变所加小电流的极性，对所测电压信号求差值，去除背景信号，测量得到表面波所产生的电压信号。本发明利用电学的方法有效测量激光激发的表面波，方法简单，能够促进磁隧道结在表面波的探测应用研究。

技术领域

本发明涉及一种利用磁隧道结探测激光激发的表面波的装置和方法，属于自旋电子学的基础研究领域。

背景技术

一直以来，激光激发的声波脉冲通常采用激光的泵浦探测技术，测量装置相对较为复杂，所需时间也较长，如何实现激光激发的声波脉冲的快速准确测量，对于研究声波脉冲和测量技术的发展至关重要。磁隧道结广泛用于磁场、速度和角速度等的测量传感领域，有着抗干扰性好、速度快、体积小等特点，因此开发磁隧道结的测量领域，对于磁隧道结的应用有着积极意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用磁隧道结探测激光激发的表面波的方法。

本发明的测量装置及示意图如图1所示：

具体测量步骤如下：

1.本发明采用电学的方法进行探测激光激发的表面波的方法：利用飞秒激光脉冲在样品表面激发表面波，表面波在样品表面传播，并引起晶格振动，由于磁弹性相互作用，使得磁隧道结自由层的自旋发生变化，改变了磁隧道结的磁电阻ΔR，通过在MTJ中加一个恒定的小电流±I_C，利用采用示波器测量磁电阻变化所引起的电压变化±ΔV，改变所加小电流的极性，对所测电压信号求差值，去除背景信号，测量得到表面波所产生的电压信号；

2．所使用的磁隧道结（MTJ）的结构主要包括：氧化镁或者氧化铝为绝缘层，CoFeB为磁性自由层和参考层，以CoFe为反铁磁层，以及保护层和连接层，以Ru, Ta和 Cu的一层或多层作为保护层，以Cu, Ta和CuN的一层或多层作为连接层；

3. 在测量MTJ磁电阻的过程中，使用Keithley 2400在MTJ中施加一个直流电流±IC，电流的大小为10 µA至300 µA；

4．所使用的激光为钛红宝石激光器或其他激光器激发的飞秒激光脉冲。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明利用纯电学的方法有效测量磁隧道结中激光激发的表面波，相比于利用光学法测量表面波，速度更快，装置更简单；

（2）本发明的应用能够促进磁隧道结在自旋振荡器中的应用和自旋电子学的发展。

附图说明

图1，利用磁隧道结测量激光激发的表面波的示意图。

图2，测量得到的表面波信号。

具体实施方式

下面结合具体实施方式及对比例对本发明作进一步阐述。

实施例1，以100 nm×200 nm的磁隧道结作为测量样品为例，图1为测量示意图，用飞秒激光脉冲在样品表面激发表面波，光斑距离样品为5 μm，激光脉冲能量为30 nJ，所激发的表面波在样品表面传播，由于磁弹性相互作用，使得磁隧道结自由层的自旋发生变化，改变了磁隧道结的磁电阻ΔR，通过在MTJ中加一个恒定的小电流I_C=50 μA，测量磁电阻变化所引起的电压变化+ΔV₁=+I_CΔR，改变所加小电流的极性I_C=-50 μA，测量得到电压变化-ΔV₂，对所测的两个电压信号求差值，去除背景信号，得到表面波所产生的电压信号，如图2所示，其中1-4 ns的信号是样品表面波与磁隧道结相互作用后引起的电压变化，通过分析电压变化信号，可以得到表面波信号。