CN110791741A - 一种利用可见光调控界面磁性的结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用可见光调控界面磁性的结构及其制备方法，包括硅基底和金属磁性薄膜，金属磁性薄膜沉积在硅基底上；硅基底为PN硅；金属磁性薄膜为磁性薄膜或者对电荷敏感的复杂磁性结构。金属磁性薄膜为Co薄膜或NiFe薄膜。本发明提供了一种基于简单的无机硅基底，实现可见光调控界面磁性的新技术，可用于Co、NiFe等超薄膜或对电荷敏感的复杂磁性结构组成的自旋电子器件，实现可见光对其性能的有效调控。

Description

一种利用可见光调控界面磁性的结构及其制备方法
技术领域
本发明属于界面磁性调控技术领域，特别涉及一种利用可见光调控界面磁性的结构及其制备方法。
背景技术
传统调控界面磁性主要是通过一些电压控制磁性的机制，例如：应力调控、电化学效应调控、静电调控、交换耦合调控等。静电调控中的离子液体调控，它可以通过积累表面电荷来操纵超薄金属薄膜的界面磁性；通过调节氧化物薄膜中的氧空位来实现三相转变，通过改变费米能级的电子密度来调节磁性能。但是此种调控方式需要在金属薄膜上覆盖一层离子液体，具有一些明显的技术缺陷：首先，由于离子液体的吸水特性使得离子液体电离特性下降，因此具有极其有限的使用寿命；其次，如果要将离子液体技术推广，需要对器件进行封装，在日后的技术应用上直接的增加了制备成本；最后，由于离子液体调控的机能有限，电离电压不能过高，否则会发生电化学反应，导致磁性金属层变质，进一步限制了该类型器件的调控能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用可见光调控界面磁性的结构及其制备方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用可见光调控界面磁性的结构，包括硅基底和金属磁性薄膜，金属磁性薄膜沉积在硅基底上；硅基底为PN硅；金属磁性薄膜为磁性薄膜或者对电荷敏感的复杂磁性结构。
进一步的，金属磁性薄膜为Co薄膜或NiFe薄膜。
进一步的，一种利用可见光调控界面磁性的结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，清洗硅基底，清洗溶剂包括：去离子水，丙酮，乙醇或异丙醇；
步骤2，风干清洗后的硅基底，风干的方法为：自然晾干或在氮气氛围中吹干；
步骤3，在风干后的硅基底上沉积金属磁性薄膜，沉积方式为：磁控溅射或脉冲激光沉积。
进一步的，步骤1中具体包括：
1)将PN硅基底竖直放置于烧杯中，倒入40ml-60ml去离子水，使PN硅基底完全浸没于去离子水中；
2)上述步骤完成后，倒掉去离子水，倒入40ml-60ml丙酮，使PN硅基底完全浸没于丙酮溶液中；
3)上述步骤完成后，倒掉丙酮溶液，倒入40ml-60ml乙醇溶液或异丙醇溶液，使PN硅基底完全浸没于乙醇溶液或异丙醇溶液中。
进一步的，超声清洗时间为5min-15min，超声清洗功率为50w-100w。
进一步的，步骤2具体为：用镊子轻轻夹取清洗过的PN硅衬底边缘，将其处于氮气氛围中吹干，直至表面光亮且无多余溶液残留。
进一步的，采用磁控溅射的方法沉积Co金属薄膜，磁控溅射条件为：气压5mT-10mT，功率为30W-50W，沉积时间为80s-300s。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明提供了一种基于简单的无机硅基底，实现可见光调控界面磁性的新技术，可用于Co、NiFe等超薄膜或对电荷敏感的复杂磁性结构组成的自旋电子器件，实现可见光对其性能的有效调控，基于无机硅基底上实现可见光对界面磁性二次重构的电子自旋器件采用无机PN硅为衬底，在可见光照射后，根据光生伏特效应可在PN硅衬底的界面处迅速产生光生电子并注入到金属薄膜，大大提升了灵敏度及光电流密度，从而提高调控能力及反应时间。同时，整个过程属于光物理过程，具有可回复性质。总之，可见光对磁性的二次调控不存在化学反应带来的腐蚀与质变导致的材料与器件缺陷的问题，避免了在金属薄膜上旋涂离子液体的操作复杂性以及工作过程中带来的其他不必要的污染。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明调控NiFe电子顺磁共振测试的示意图；
图3是NiFe调控量的示意图；
图4是本发明调控Co电子顺磁共振测试的示意图；
图5是Co调控量的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图5，一种利用可见光调控界面磁性的结构，包括硅基底和金属磁性薄膜，金属磁性薄膜沉积在硅基底上；硅基底为PN硅；金属磁性薄膜为磁性薄膜或者对电荷敏感的复杂磁性结构。
金属磁性薄膜为Co薄膜或NiFe薄膜。
一种利用可见光调控界面磁性的结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，清洗硅基底，清洗溶剂包括：去离子水，丙酮，乙醇或异丙醇；
步骤2，风干清洗后的硅基底，风干的方法为：自然晾干或在氮气氛围中吹干；
步骤3，在风干后的硅基底上沉积金属磁性薄膜，沉积方式为：磁控溅射或脉冲激光沉积。
步骤1中具体包括：
1)将PN硅基底竖直放置于烧杯中，倒入40ml-60ml去离子水，使PN硅基底完全浸没于去离子水中；
2)上述步骤完成后，倒掉去离子水，倒入40ml-60ml丙酮，使PN硅基底完全浸没于丙酮溶液中；
3)上述步骤完成后，倒掉丙酮溶液，倒入40ml-60ml乙醇溶液或异丙醇溶液，使PN硅基底完全浸没于乙醇溶液或异丙醇溶液中。
超声清洗时间为5min-15min，超声清洗功率为50w-100w。
步骤2具体为：用镊子轻轻夹取清洗过的PN硅衬底边缘，将其处于氮气氛围中吹干，直至表面光亮且无多余溶液残留。
采用磁控溅射的方法沉积Co金属薄膜，磁控溅射条件为：气压5mT-10mT，功率为30W-50W，沉积时间为80s-300s。
请参阅图1所示，本发明一种基于无机硅基底实现可见光对界面磁性二次重构的方法，结构包括：衬底，金属层；此种器件对可见光强敏感，不同光强下磁性的调控量不同。
(1)利用磁控溅射在PN硅衬底上溅射金属层如钴、镍铁等；
(2)图2所示为金属NiFe薄膜构建的自旋器件的电子顺磁共振测试图，由面内到面外不同角度磁性均有变化，且不同光强所能调控的磁性量不同,随光强递增，调控量递增，且此种器件回复性较好，撤销光照后器件可恢复原状。
(3)图3所示为金属NiFe薄膜构建的自旋器件的磁性调控量示意图，调控量随光强的增大而增大，面外方向时最大调控量可以达到近226个Oe。且在撤去光强后，磁场强度改变量近乎为0，说明此种器件具有较好的可恢复性。
为了验证此种器件适用于其他金属薄膜，构建了基于Co薄膜的现可见光对界面磁性二次重的电子自旋器件；
(1)图4所示为金属Co薄膜构建的自旋器件的电子顺磁共振测试图，在1.4个标准太阳光下，由面到面外不同角度磁性均有变化，且撤去光照后，磁场强度的变化量消失，具有较好的回复性。
(2)图5所示为金属Co薄膜构建的自旋器件的磁性调控量示意图，由面内向面外方向变化时，磁场强度逐渐增大，且在光照下磁场强度有变化，在75°方向时，磁场强度变化最为显著。75°方向时最大调控量可以达到371个Oe。

Claims (7)

1.一种利用可见光调控界面磁性的结构，其特征在于，包括硅基底和金属磁性薄膜，金属磁性薄膜沉积在硅基底上；硅基底为PN硅；金属磁性薄膜为磁性薄膜或者对电荷敏感的复杂磁性结构。
2.根据权利要求1所述的一种利用可见光调控界面磁性的结构，其特征在于，金属磁性薄膜为Co薄膜或NiFe薄膜。
3.一种利用可见光调控界面磁性的结构的制备方法，其特征在于，基于权利要求1至2任意一项所述的一种利用可见光调控界面磁性的结构，包括以下步骤：
步骤1，清洗硅基底，清洗溶剂包括：去离子水，丙酮，乙醇或异丙醇；
步骤2，风干清洗后的硅基底，风干的方法为：自然晾干或在氮气氛围中吹干；
步骤3，在风干后的硅基底上沉积金属磁性薄膜，沉积方式为：磁控溅射或脉冲激光沉积。
4.根据权利要求3所述的一种利用可见光调控界面磁性的结构的制备方法，其特征在于，步骤1中具体包括：
1)将PN硅基底竖直放置于烧杯中，倒入40ml-60ml去离子水，使PN硅基底完全浸没于去离子水中；
2)上述步骤完成后，倒掉去离子水，倒入40ml-60ml丙酮，使PN硅基底完全浸没于丙酮溶液中；
3)上述步骤完成后，倒掉丙酮溶液，倒入40ml-60ml乙醇溶液或异丙醇溶液，使PN硅基底完全浸没于乙醇溶液或异丙醇溶液中。
5.根据权利要求4所述的一种利用可见光调控界面磁性的结构的制备方法，其特征在于，超声清洗时间为5min-15min，超声清洗功率为50w-100w。
6.根据权利要求3所述的一种利用可见光调控界面磁性的结构的制备方法，其特征在于，步骤2具体为：用镊子轻轻夹取清洗过的PN硅衬底边缘，将其处于氮气氛围中吹干，直至表面光亮且无多余溶液残留。
7.根据权利要求3所述的一种利用可见光调控界面磁性的结构的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射的方法沉积Co金属薄膜，磁控溅射条件为：气压5mT-10mT，功率为30W-50W，沉积时间为80s-300s。
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