本發(fā)明涉及聲磁耦合薄膜材料，尤其涉及一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置。

背景技術(shù)：

1、鐵磁和非磁性多層結(jié)構(gòu)界面上的自旋力矩和磁矩之間的相互作用構(gòu)成了自旋電子效應(yīng)的基礎(chǔ)，而自旋電子效應(yīng)是現(xiàn)代磁性技術(shù)的核心。近年來，聲波已成為一種很有前途的工具，用于控制鐵磁和非磁性材料構(gòu)成的多層系統(tǒng)中的自旋電子效應(yīng)。聲波可以通過磁彈性相互作用與磁性層耦合，聲波驅(qū)動的磁化動力學(xué)提供了一種高能效和局部化的方法來控制磁性材料，消除了傳統(tǒng)手段對大磁場或大電流的需要。聲磁耦合的典型例子是聲波誘導(dǎo)的鐵磁共振，這種現(xiàn)象可以增強(qiáng)鐵磁和非磁性材料構(gòu)成的多層系統(tǒng)中的自旋電子效應(yīng)，進(jìn)而可以泵浦自旋流或者實現(xiàn)聲波的非互易傳輸。

2、傳統(tǒng)聲磁耦合器件僅有單個鐵磁層，在頻率高達(dá)6ghz的聲腔中使用水平剪切波，可以實現(xiàn)強(qiáng)聲磁耦合。然而，2ghz以上的聲波器件往往需要更復(fù)雜的制造工藝，這使得在實際應(yīng)用中增強(qiáng)聲磁耦合具有挑戰(zhàn)性。有鑒于此，提供一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，采用傳統(tǒng)的磁控濺射方法，不需要提高聲波器件的頻率，提高聲磁耦合強(qiáng)度的同時簡化多層膜結(jié)構(gòu)的制備流程，是非常有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種將常規(guī)的單一鐵磁層替換為鐵磁層-非磁性金屬-鐵磁層復(fù)合的多層膜結(jié)構(gòu)、通過自旋流的作用提高聲磁耦合強(qiáng)度的、自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供了一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，包括：

4、壓電襯底；

5、第一叉指換能器，設(shè)置在所述壓電襯底的端面的一側(cè)，用于激發(fā)聲表面波；

6、第二叉指換能器，設(shè)置在所述壓電襯底的端面的另一側(cè)，并與第一叉指換能器正對設(shè)置，用于接收第一叉指換能器激發(fā)并沿壓電襯底傳輸?shù)穆暠砻娌ǎ?/p>

7、多膜層結(jié)構(gòu)，包括第一鐵磁材料層、非磁性金屬層和第二鐵磁材料層，第一鐵磁材料層設(shè)置在第一叉指換能器和第二叉指換能器之間的壓電襯底的端面上，第一鐵磁材料層遠(yuǎn)離壓電襯底的端面上設(shè)置有非磁性金屬層，非磁性金屬層遠(yuǎn)離第一鐵磁材料層的端面上設(shè)置有第二鐵磁材料層；第一鐵磁材料層和第二鐵磁材料層的易磁化方向為面內(nèi)，且第一鐵磁材料層的易軸方向與第二鐵磁材料層的易軸方向具有90°夾角。

8、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述第一鐵磁材料層和第二鐵磁材料層的厚度一致，且不超過100nm。

9、優(yōu)選的，所述第一鐵磁材料層和第二鐵磁材料層的材質(zhì)為co或者nife。

10、優(yōu)選的，所述非磁性金屬層的材質(zhì)為cu，厚度不超過10nm；非磁性金屬層的厚度不超過選用材料的自旋擴(kuò)散長度。

11、優(yōu)選的，所述第二鐵磁材料層遠(yuǎn)離非磁性金屬層的端面上設(shè)置有抗氧化層。

12、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述抗氧化層的材質(zhì)為pt，抗氧化層的厚度為5nm。

13、優(yōu)選的，所述第一叉指換能器包括若干第一金屬電極、若干第二金屬電極、第一匯流條和第二匯流條；第一匯流條和第二匯流條均設(shè)置在壓電襯底的端面上，且第一匯流條和第二匯流條平行且間隔設(shè)置，若干第一金屬電極的一端與第一匯流條電性連接，若干第一金屬電極的另一端朝著第二匯流條的方向延伸；若干第二金屬電極的一端與第二匯流條電性連接，若干第二金屬電極的另一端朝著第一匯流條方向延伸；若干第一金屬電極和若干第二金屬電極交錯間隔設(shè)置；若干第一金屬電極作為信號輸入端口，若干第二金屬電極通過第二匯流條接地。

14、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述第二叉指換能器包括若干第三金屬電極、若干第四金屬電極、第三匯流條和第四匯流條；第三匯流條和第四匯流條均設(shè)置在壓電襯底的端面上，且第三匯流條與第一匯流條對應(yīng)的設(shè)置在多膜層結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，第四匯流條和第二匯流條對應(yīng)的設(shè)置在多膜層結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；第三匯流條、第四匯流條平行且間隔設(shè)置，若干第三金屬電極的一端與第三匯流條電性連接，若干第三金屬電極的另一端朝著第四匯流條方向延伸；若干第四金屬電極的一端與第四匯流條電性連接，若干第四金屬電極的另一端朝著第三匯流條方向延伸；若干第三金屬電極和若干第四金屬電極交錯間隔設(shè)置；若干第三金屬電極作為信號輸出端口，若干第四金屬電極通過第四匯流條接地。

15、更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述第一金屬電極或者第二金屬電極延伸方向的寬度，與相鄰的第一金屬電極和第二金屬電極之間的間距相等；第三金屬電極或者第四金屬電極延伸方向的寬度，與相鄰的第三金屬電極和第四金屬電極之間的間距相等。

16、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述壓電襯底的材質(zhì)為128°yx-linbo3或者42°yx-litao3、sio2和si復(fù)合而成。

17、本發(fā)明提供的一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

18、(1)本發(fā)明在襯底上采用的多膜層結(jié)構(gòu)中，第一、第二兩個鐵磁材料層的易軸方向存在九十度夾角，當(dāng)聲波驅(qū)動下方的第一鐵磁層的鐵磁共振時，第一鐵磁材料層激發(fā)的自旋流通過非磁性金屬層作用于上方的第二鐵磁材料層，帶動第二鐵磁材料層的磁化進(jìn)動；上方的第二鐵磁材料層的磁化進(jìn)動又產(chǎn)生自旋流，通過非磁性金屬層反作用于下方的第一鐵磁材料層，實現(xiàn)對第一鐵磁材料層的鐵磁共振增強(qiáng)；這種增強(qiáng)作用體現(xiàn)為聲波經(jīng)過多層膜后，提升了聲磁耦合的強(qiáng)度；這種特殊的組合膜層結(jié)構(gòu)通過兩個鐵磁材料層之間的自旋流傳輸實現(xiàn)對聲磁耦合強(qiáng)度的提升，實現(xiàn)方式簡單，而傳統(tǒng)方法中僅有單個鐵磁層，使用水平剪切波實現(xiàn)強(qiáng)聲磁耦合，但是制備工藝復(fù)雜；

19、(2)為了降低自旋流在非磁性層中的衰減，非磁性層的自旋擴(kuò)散長度需要不低于1nm，所選cu自旋擴(kuò)散長度在10nm量級，滿足需求。第二鐵磁層的阻尼系數(shù)低于0.01時，有助于在第二鐵磁層中激勵足夠強(qiáng)的鐵磁共振作用，所選nife阻尼系數(shù)在0.001量級，滿足需求?？寡趸瘜有枰x擇惰性金屬，或者可以被氧化形成致密氧化膜的金屬，可以保護(hù)下面的鐵磁層。

技術(shù)特征：

1.一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，其特征在于，所述第一鐵磁材料層(10)和第二鐵磁材料層(12)的厚度一致，且不超過100nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，其特征在于，所述第一鐵磁材料層(10)和第二鐵磁材料層(12)的材質(zhì)為co或者nife。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，其特征在于，所述非磁性金屬層(11)的材質(zhì)為cu，厚度不超過10nm；非磁性金屬層(11)的厚度不超過選用材料的自旋擴(kuò)散長度。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，其特征在于，所述第二鐵磁材料層(12)遠(yuǎn)離非磁性金屬層(11)的端面上設(shè)置有抗氧化層。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，其特征在于，所述抗氧化層的材質(zhì)為pt，抗氧化層的厚度為5nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，其特征在于，所述第一叉指換能器(100)包括若干第一金屬電極(02)、若干第二金屬電極(03)、第一匯流條(04)和第二匯流條(05)；第一匯流條(04)和第二匯流條(05)均設(shè)置在壓電襯底(01)的端面上，且第一匯流條(04)和第二匯流條(05)平行且間隔設(shè)置，若干第一金屬電極(02)的一端與第一匯流條(04)電性連接，若干第一金屬電極(02)的另一端朝著第二匯流條(05)的方向延伸；若干第二金屬電極(03)的一端與第二匯流條(05)電性連接，若干第二金屬電極(03)的另一端朝著第一匯流條(04)方向延伸；若干第一金屬電極(02)和若干第二金屬電極(03)交錯間隔設(shè)置；若干第一金屬電極(02)作為信號輸入端口，若干第二金屬電極(03)通過第二匯流條(05)接地。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，其特征在于，所述第二叉指換能器(200)包括若干第三金屬電極(06)、若干第四金屬電極(07)、第三匯流條(08)和第四匯流條(09)；第三匯流條(08)和第四匯流條(09)均設(shè)置在壓電襯底(01)的端面上，且第三匯流條(08)與第一匯流條(04)對應(yīng)的設(shè)置在多膜層結(jié)構(gòu)(300)的兩側(cè)，第四匯流條(09)和第二匯流條(05)對應(yīng)的設(shè)置在多膜層結(jié)構(gòu)(300)的兩側(cè)；第三匯流條(08)、第四匯流條(09)平行且間隔設(shè)置，若干第三金屬電極(06)的一端與第三匯流條(08)電性連接，若干第三金屬電極(06)的另一端朝著第四匯流條(09)方向延伸；若干第四金屬電極(07)的一端與第四匯流條(09)電性連接，若干第四金屬電極(07)的另一端朝著第三匯流條(08)方向延伸；若干第三金屬電極(06)和若干第四金屬電極(07)交錯間隔設(shè)置；若干第三金屬電極(06)作為信號輸出端口，若干第四金屬電極(07)通過第四匯流條(09)接地。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，其特征在于，所述第一金屬電極(02)或者第二金屬電極(03)延伸方向的寬度，與相鄰的第一金屬電極(02)和第二金屬電極(03)之間的間距相等；第三金屬電極(06)或者第四金屬電極(07)延伸方向的寬度，與相鄰的第三金屬電極(06)和第四金屬電極(07)之間的間距相等。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，其特征在于，所述壓電襯底(01)的材質(zhì)為128°yx-linbo3或者42°yx-litao3、sio2和si復(fù)合而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種多層膜結(jié)構(gòu)的自旋流增強(qiáng)聲磁耦合裝置，屬于聲磁耦合薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，包括壓電襯底；第一叉指換能器，設(shè)置在所述壓電襯底的端面的一側(cè)，用于激發(fā)聲表面波；第二叉指換能器設(shè)置在所述壓電襯底的端面的另一側(cè)，并與第一叉指換能器正對設(shè)置，用于接收第一叉指換能器激發(fā)并沿壓電襯底傳輸?shù)穆暠砻娌ǎ欢嗄咏Y(jié)構(gòu)堆疊設(shè)置在所述第一叉指換能器和第二叉指換能器之間的壓電襯底上，當(dāng)聲波驅(qū)動第一鐵磁層的鐵磁共振時，第一鐵磁材料層激發(fā)的自旋流通過非磁性金屬層作用于第二鐵磁材料層，帶動第二鐵磁材料層的磁化進(jìn)動；第二鐵磁材料層的磁化進(jìn)動又產(chǎn)生自旋流，通過非磁性金屬層反作用于第一鐵磁材料層，實現(xiàn)鐵磁共振增強(qiáng)。

技術(shù)研發(fā)人員：羅為,陳發(fā),崔淑婷,張悅,逯嘉程,溫宇康,舒一鳴,劉雨豪,鄒航
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8