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基于IrMn/Fe/Pt交换偏置结构的无场自旋太赫兹源

朱照照 冯正 蔡建旺

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基于IrMn/Fe/Pt交换偏置结构的无场自旋太赫兹源

朱照照, 冯正, 蔡建旺

Field-free spintronic terahertz emitters based on IrMn/Fe/Pt exchage bias heterostructures

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-02
  • 上网日期:  2021-10-29

基于IrMn/Fe/Pt交换偏置结构的无场自旋太赫兹源

  • 1. 中科院物理所
  • 2. 中国工程物理研究院电子工程研究所
  • 3. 中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室
    基金项目: 国家级-国家自然科学基金 (62027870)

摘要: 与目前常用的商用太赫兹源相比,自旋太赫兹源具有超宽频谱、固态稳定、以及成本低廉等一系列优点,这使得其成为下一代太赫兹源的主要研究焦点.但自旋太赫兹源在使用时,通常需要外加磁场使铁磁层的磁化强度饱和,才能产生太赫兹波,这大大制约了其应用前景.在这里本文制备了一种基于IrMn/Fe/Pt交换偏置结构的自旋太赫兹波发生器,通过IrMn/Fe中的交换偏置场和Fe/Pt中的超快自旋流注入与逆自旋霍尔效应相结合,在无外加磁场下产生了强度可观的太赫兹波. 在IrMn和Fe的界面中插入超薄的Cu,可以使Fe在厚度很薄时在零场下实现饱和磁化,并且其正向饱和场最高可达-10 mT,从而进一步提升无场下的太赫兹发射效率.零场下出射的太赫兹波的动态范围超过60 dB,达到可实用化的水平.通过旋转样品,发现产生的太赫兹波的偏振方向也会随之旋转并且始终沿着面内垂直于交换偏置场的方向.此外,在此交换偏置结构的基础上,引入了一层自由的铁磁金属层Fe,设计了一种以IrMn/Fe/Pt/Fe为核心结构的自旋阀太赫兹源,发现产生的太赫兹强度在两层铁磁层反平行排列时比平行排列以及不引入自由铁磁金属层时均大约提升了40%.本文结果表明基于IrMn/Fe/Pt结构的自旋太赫兹信号源可以在无外场下产生可观的太赫兹信号并且其强度可以通过引入自由铁磁金属层来进一步增强,偏振方向也可以通过旋转样品来进行调控,这一系列优点使得其有望在下一代太赫兹信号发生器中发挥重要的作用.

English Abstract

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