单晶铁磁纳米线系统中自旋角动量转移的基础研究

There is a growing interest in the use of current-induced magnetization switching, well known as spin transfer torque (STT) effect, in Spintronics. When the spin-polarised current flows through the domain wall in nanowires it will produce STT effect due to the interaction with local spin moment. This effect can realize domain switch and domain wall movement, which can be used for new generation of memory. The project is to investigate STT effect in the single crystal ferromagnetic nanowires from experimental point of view. Through controlling magnetocrystalline anisotropy in the single crystal nanowires, we will research how the magnetocrystalline anisotropy field affects domain and domain wall with STT effect; on the other side, in the way of changing thickness of nanowires to adjust orbit moment we will show how orbit momentum and spin-orbit couple contribute STT effect and domain wall scattering. From the above we will further comprehend the nature of STT effect and promote the theory of STT effect so that we can decrease the critical current density and realise new generation of memory, magnetic logic gate and magnetic nanocontact sensors.

自旋角动量转移（STT）效应是当今自旋电子学领域中最活跃的研究课题之一。自旋极化电流与纳米线中磁畴壁里局域磁矩相互作用产生STT效应。此效应可以实现磁畴翻转从而达到最基本的信息存储目的。因此它可以应用在新的信息存储器件开发上。本项目就是以磁单晶纳米线系统为研究对象，主要从实验的角度系统的探索STT效应，通过对单晶纳米线中磁晶各向异性的调控，研究各向异性场对STT效应引起的磁畴结构、磁畴壁形态变化的规律；同时通过改变纳米线厚度,调控轨道磁矩,研究电子轨道磁矩与自旋轨道耦合对STT效应和磁畴壁散射的贡献。通过以上研究进一步理解磁纳米线系统中STT的物理本质，促进STT理论发展，找到减小临界电流密度的新途径。为推动以STT原理设计的新一代磁存储器件、磁逻辑门以及磁纳米接触传感器的开发做些积极的探索。

自旋角动量转移（STT）效应是当今自旋电子学领域中最活跃的研究课题之一。它是指，自旋极化电流与纳米线中磁畴壁中局域磁矩之间的一种相互作用。此效应可以通过外加电流，实现磁畴的翻转，即在物理上实现逻辑”写“的功能，因此在今后的信息存储中具有非常广泛的应用价值。本项目中，我们以磁性单晶纳米线系统为研究对象，采用分子束外延、脉冲激光沉积等薄膜生长手段，并且结合电子束曝光、离子束刻蚀等一系列微加工工艺，制备出了高质量的纳米线结构；并进一步，通过磁光成像等设备，对畴壁的退钉扎过程进行直接成像式测量，实验中我们成功观测到，在电流驱动下，畴壁产生的震荡现象，并且发现这种震荡周期依赖于，非绝热的自旋转移因子和阻尼因子之间的比值；鉴于STT效应依赖于材料中的自旋轨道作用，而薄膜的轨道磁矩常常受到衬底的影响，为深刻理解这一现象，我们制备了多种外延异质薄膜结构，采用XMCD对磁性原子的轨道和自旋磁矩进行了直接测量，从而从实验上确认了轨道磁矩增强的现象，这将为今后人工调控自旋轨道作用的强弱，积累了丰富的实验数据。本项目执行过程中，共发表专业论文26篇。