[发明专利]一种用于测量磁性材料自旋极化率的方法

说明书

本发明涉及一种用于测量磁性材料自旋极化率的方法，先利用原位洛伦兹透射电子显微镜测试技术测得磁性材料在脉冲电流I_exp作用下磁畴壁的实际运动速度v_exp，再利用微磁学模拟计算出相同磁性材料的磁畴壁在完全自旋极化电流作用下I_the下的理论运动速度v_the，再通过实际与理论之间的数据对比，即计算得出该磁性材料的自旋极化率P。对比传统利用同步辐射和磁圆二色性的自旋极化率测试方法，本发明更加简易、方便，对未来新型磁性材料的自旋极化率分析提供了更便捷的技术方法。

技术领域

本发明属于材料参数测量技术领域，涉及一种用于测量磁性材料自旋极化率的方法。

背景技术

近年来，随着自旋电子学的迅速发展，针对磁性材料的电输运特性相关研究逐渐深入。尤其是磁性存储技术的不断发展，使得自旋转移力矩效应和自旋轨道力矩效应相关的存储器件已经成为未来发展的主要方向。相应的新型磁性材料，如磁性斯格明子材料、二维磁性材料等等纷纷投入器件化的探索之中。在诸多实验中，磁性材料的自旋极化率是一个非常重要的参数，它决定了电流在流经该材料时的自旋极化程度，以及产生了自旋力矩的大小。但获取材料自旋极化率的技术方法，目前还非常缺乏。

通过第一性原理计算，解析其费米面附近的能带结构，可以推测出一种磁性材料的理论自旋极化率，但受限于理论计算的算力以及方法，一般只能获得该材料在接近绝对零度时的理论数值，很难对实际实验产生指导作用。在实验方法中，目前采用的主流技术，是利用同步辐射产生的左旋/右旋圆偏振光辐照材料，利用材料的磁圆二色性解析出该材料的自旋磁矩与轨道磁矩，进一步的分析获得其自旋极化率。但同步辐射实验较为复杂，成本较高，资源紧缺，很难普及到普通的实验室中，这严重阻碍了对新型磁性材料的探索进度。因此，亟需提出一种更加简单的测量材料自旋极化率的方法。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种用于测量磁性材料自旋极化率的方法，以简易快捷的获取磁性材料的自旋极化率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的理论基础为自旋转移力矩效应，即当电子流入磁性材料中后，受到材料内部自旋极化环境的影响，自由电子的角动量也会发生改变，从而使得电流成为自旋极化电流；在角动量转移的过程中，如果材料内部存在自旋分布不均匀的区域，如磁畴壁，则角动量转移力矩会在该区域不断积累，从而推动该区域(磁畴壁)向电子运动的方向运动。在这个运动过程中，材料的自旋极化率和注入材料的电流密度的乘积与磁畴壁的运动速度呈现出线性关系。如果能通过实验测得某磁性材料的磁畴壁的运动速度、电流密度，再通过微磁学模拟计算其在完全极化的高密度电流作用下，磁畴壁的理论运动速度，即可计算得出该材料的实际自旋极化率。

具体的，本发明提供了一种用于测量磁性材料自旋极化率的方法，先利用原位洛伦兹透射电子显微镜测试技术测得磁性材料在脉冲电流I_exp作用下磁畴壁的实际运动速度v_exp，再利用微磁学模拟计算出相同磁性材料的磁畴壁在完全自旋极化电流作用下I_the下的理论运动速度v_the，再通过实际与理论之间的数据对比，即计算得出该磁性材料的自旋极化率P。

进一步的，自旋极化率P的计算公式为：

进一步的，磁畴壁的实际运动速度v_exp的测试过程具体为：

(A)将磁性材料加工成长方形结构，再固定在原位电学测试芯片上，使得厂方向结构的左右两侧分别连接原位电学测试芯片的电极，得到样品；

(B)将样品插入洛伦兹透射电子显微镜中，利用菲尼尔模式观测到样品内部的磁畴结构；