离子液体电控磁效应与热磁振子输运性能的研究

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1、离子液体电控磁效应与热磁振子输运性能的研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：材料学院学科：材料科学与工程研究生：周向俊指导教师:宋成副教授二○一七年五月ElectricalControlofMagnetismbyIonicLiquidandTransportPropertiesofThermallyExcitedMagnonsThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinMaterialsScienceandEngine

2、eringbyZhouXiangjunThesisSupervisor:AssociateProfessorSongChengMay,2017摘要摘要探索低功耗器件以应用于大规模的集成电路，适应了信息产业高速发展的迫切需求，也是自旋电子学关注的重点之一。过去二十年，利用电流操纵材料磁矩相关的研究，已经显著地降低了器件的使用功耗。如何发展无电流辅助的新途径，成为目前低功耗自旋电子学研究的热点问题。本文以电控磁与磁振子的两种低功耗器件为原型，重点阐述了离子液体电控磁效应的机理与铁磁绝缘体中热激发磁振子的输运性能，并尝试发展了相应的低功耗自旋电子学器件。实验中利用离子液体对具有垂直各向异性

3、的Pt/Co/Ni/HfO2多层膜的磁学性能进行了电学调控。室温下通过离子液体施加门电压，显著地调控了Co/Ni体系的饱和磁化。结合输运测试中非易失性的特征与界面元素化学状态的分析，提出了基于氧离子可逆迁移的电控磁机制，突出了电化学效应在离子液体电调控Co/Ni体系中的重要作用。同时利用离子液体大电场下氧离子迁移的特点，在低温下实现了电调控Co/Ni体系的交换耦合。实验设计Y3Fe5O12(YIG)/Pt的非局域结构研究了铁磁绝缘体中热磁振子的输运性能。研究发现YIG中热激发磁振子的输运过程与温度、YIG薄膜厚度以及Pt条间距距离具有很高的相关性。根据系统的实验结果与相关的研究报道，

4、建立了热磁振子输运的双通道模型，很好地解释了不同条件下热磁振子的输运行为。最后基于热磁振子成功制备了三终端器件，为低功耗的磁振子基逻辑器件的开发提供了新的思路。关键词：低功耗自旋电子学；离子液体；电控磁效应；热激发磁振子IAbstractAbstractExploringenergy-efficientdevicesinthelarge-scaleintegratedcircuit,notonlyadaptsfortheheavydemandintheinformationindustry,butalsobecomesthekeyissueintheapplicationbranch

5、ofspintronics.Inthepast20years,abundantresearchrelatedtothemanipulationofmagneticmomentsbycurrenthavereducedthepowerdissipationnotably.Atthesametime,howtoexploitnewapproacheswithouttheassistanceofcurrentisthehottopicinthelow-power-consumptionspintronics.Thisdissertationmainlyfocusesontwokindsof

6、prototypicaldevicesbasedonelectricalcontrolofmagnetism(ECM)andmagnons.ThemechanismofECMbyionicliquidandtransportpropertiesofthermallyexcitedmagnons(TEMs)areelaboratedindetail.Moreover,correspondingdevicesaredevelopedtorealizelow-powerconsumption.Pt/Co/Ni/HfO2multiplylayerswithexcellentperpendic

7、ularanisotropywereadoptedtofabricatetheECMdevices.Underthegiantelectricalfieldexertedbyionicliquid,thesaturatedmagnetizationofCo/Nisystemisobservablymanipulatedatroomtemperature.Combinedwiththenonvolatilefeatureinthetransportmeasu