CN112147551A - 一种测量磁隧道结自旋进动的装置和方法 - Google Patents

一种测量磁隧道结自旋进动的装置和方法 Download PDF

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杨杭福
黄霞妮
余能君
吴琼
张朋越
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徐靖才
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Abstract

本发明公开了一种测量磁隧道结自旋进动的装置和方法，包括以下步骤：在MTJ中施加一个恒定的小电流，接着利用电流脉冲或者激光脉冲在自由层激发进动，所激发的自旋进动引起磁电阻的变化，从而产生一个高频电压信号，通过采样示波器测量背景和高频电压信号，通过改变所加小电流的极性，对所测电压信号求差值，去除背景信号，得到磁隧道结自旋进动所产生的电压震荡信号，本发明利用纯电学的方法有效测量磁隧道结的自旋进动，方法简单，能够促进磁隧道结在自旋振荡器中的应用和自旋电子学的发展。

Description

一种测量磁隧道结自旋进动的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种测量磁隧道结自旋进动的装置和方法，属于自旋电子学的基础研究领域。
背景技术
20世纪90年代末以来，以原子自旋为敏感核心的原子自旋器件快速发展，并不断革新前沿物理研究、民生民计和军事国防等领域的发展。目前由于采用光学法直接自旋进动相对困难，研究和利用新的探测自旋进动的方法对于促进自旋电子学的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用纯电学的方法测量自旋进动的装置和方法。
本发明的测量装置及示意图如图1所示：
具体测量步骤如下：
1.本发明采用纯电学的方法进行测量自旋进动包括以下步骤：首先在MTJ中加一个恒定的小电流±IC，接着，利用电流脉冲或者激光脉冲在磁隧道结自由层激发自旋进动，所激发的自旋进动引起磁电阻的变化ΔR，从而产生一个高频电压信号±ΔV=±ICΔR，该信号通过采样示波器测量得到，通过改变所加小电流的极性，对所测电压信号求差值，去除背景信号，并得到磁隧道结自旋进动所产生的电压震荡信号；
2．所使用的磁隧道结（MTJ）的结构主要包括：氧化镁或者氧化铝为绝缘层，CoFeB为磁性自由层和参考层，以CoFe为反铁磁层，以及保护层和连接层，以Ru, Ta和 Cu的一层或多层作为保护层，以Cu, Ta和CuN的一层或多层作为连接层；
3．采用Keithley 2400在MTJ中施加一个直流电流±IC，电流的大小为10 µA至300 µA；
4．所使用的电流脉冲的大小为1V至5V, 脉冲持续时间为5 ns，脉冲的间隔为60 ns;所述的激光为钛红宝石激光器或其他激光器激发的飞秒激光脉冲。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明利用纯电学的方法有效测量磁隧道结的自旋进动，相比于利用光学法测量自旋进动，装置更简单，速度更快；
（2）本发明的应用能够促进磁隧道结在自旋振荡器中的应用和自旋电子学的发展。
附图说明
图1，上图为磁隧道结自旋进动的测量方法及装置示意图，下图为所加的电流脉冲。
图2，测量得到的高频自旋进动信号。
具体实施方式
下面结合具体实施方式及对比例对本发明作进一步阐述。
实施例1，以100 nm×200 nm的磁隧道结作为测量样品为例，以图1为测量装置，Keithley 2400在MTJ中加一个恒定的小电流+50 µA，在磁隧道结两端施加电流脉冲，电流脉冲的大小为5 V, 脉冲持续时间为5 ns，脉冲的间隔为60 ns，利用采样示波器测量电压信号V1，接着在MTJ中加一个恒定的小电流-50 µA，施加同样大小的电流信号，利用采样示波器测量电压信号V2，最后通过对两个电压信号求差值V1-V2，得到高频自旋进动信号，如图2所示。

Claims (3)

1.一种测量磁隧道结自旋进动的装置和方法，其特征在于磁隧道结（MTJ）的结构主要包括：氧化镁或者氧化铝为绝缘层，CoFeB为磁性自由层和参考层，以CoFe为反铁磁层，以及保护层和连接层，以Ru, Ta, Cu的一层或多层作为保护层，以Cu, Ta和CuN的一层或多层作为连接层；纯电学的方法进行测量自旋进动包括以下步骤：首先在MTJ中加一个恒定的小电流±IC，接着，利用电流脉冲或者激光脉冲在磁隧道结自由层激发自旋进动，所激发的自旋进动引起磁电阻的变化ΔR，从而产生一个高频电压信号±ΔV=±ICΔR，该信号通过采样示波器测量得到，通过改变所加小电流的极性，对所测电压信号求差值，去除背景信号，并得到磁隧道结自旋进动所产生的电压震荡信号。
2.根据权利要求1所述的测量方法，在测量MTJ磁电阻的过程中，使用Keithley 2400在MTJ中施加一个直流电流±IC，电流的大小为10 µA至300 µA。
3.根据权利要求1所述的测量方法，电流脉冲的大小为1V至5V, 脉冲持续时间为5 ns,脉冲的间隔为60 ns; 所述的激光为钛红宝石激光器或其他激光器激发的飞秒激光脉冲。
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