电子自旋共振逆效应中的微波辐射研究

本项目基于铁磁/半导体复合体系中一种新的物理现象，设计一种新型的自旋微波振荡器，研究其微波辐射的相关问题。该微波振荡器具有微纳米级的尺度大小、产生的微波频率在GHz～THz范围连续可调，是一种新的自旋量子器件。其基本原理是二维系统的电子在局域梯度磁场中运动时，由于电子的逆自旋共振(Inverse ESR)而产生微波。本项目研究逆自旋共振产生的机理，探索材料的组成与结构对逆自旋共振影响的规律和机制，讨论其中的能量转换关系；研究一组振荡器之间的相位锁定，最终实现振荡器的相干功率输出。本课题研究的自旋微波振荡器很可能成为未来物联网、手机甚至超大规模集成电路的RF源。

本项目主要从理论技术和实验两方面研究了铁磁/半导体复合体系中，二维电子气(2DEG)在周期梯度磁场产生的调制下的电子结构和输运行为。理论模拟计算得出了不同磁条结构时，在2DEG处产生的磁场和矢势分布，获得了电子能级高度简并的束缚态。利用传输矩阵方法分析了周期调制磁场对二维电子气电子的透射系数和电导性质的影响，缩小间距可以极大地减少束缚态的数目，从而增加导电能力，可以调控2DEG的电子浓度，使其费米能落几个低能电导峰的位置，从而实现不用很高的电子浓度就可以获得较大的电导。我们从实验上获得了高迁移率且深度较浅的2DEG半导体制备工艺，采用该工艺制备的室温下电子的迁移率高达6.59×103 cm2V-1S-1，而电阻率仅为600 ohm/cm，成功解决了该类型2DEG器件中电极的欧姆接触。分别对于不同形状(正方形和长方形)的霍尔样品进行了研究，采用磁控溅射方法制备获得了不同形式的周期性调制磁场，实验测得的周期磁场对电子气的调制与理论计算有较好吻合。