磁性薄膜測量新突破:鐵磁共振FMR實現全方位搭配、升級!

2020-12-08 儀器信息網

2018年度「亞洲磁學聯盟獎」（aums award）於6月4日在韓國揭曉，物理所韓秀峰研究員憑藉「基於磁性絕緣體的磁子閥效應」項目榮獲此獎。韓秀峰研究員團隊創新性地採用yig磁性絕緣體作為磁性電極、au作為中間層研製出了高質量、新型磁性絕緣體/金屬/磁性絕緣體(mi/nm/mi)磁子閥結構，並且在該結構中首次觀測和發現了磁子閥效應(magnon valve effect)，揭示了磁子閥比值主要取決於磁性絕緣體/金屬界面磁子-電子自旋轉換效率的原理。[1]

 

圖1：(a) 磁子閥結構、原理和測量示意圖
(b)-(c) ggg/yig和yig/au/yig區域的透射電鏡圖

該項工作的相關研究進展發表在 phys. rev. lett.[2]，並且作為亮點文章在prl網站首頁重點推薦。在此我們祝賀quantum design的ppms和microsense vsm用戶韓秀峰研究員團隊，也祝願他們今後能夠再創輝煌！

在上述的研究中，yig作為磁性絕緣體材料，有著其獨特的物理性能，其擁有低的gilbert阻尼因子。sun[3]等利用鐵磁共振系統對yig薄膜進行了阻尼的測試研究，測出yig的阻尼因子大小約10-4。在對磁性材料的研究中，阻尼因子α是一個比較重要的參數，可以幫助我們提升電路及電子器件的傳輸效率和傳輸速度。

圖2：鐵磁共振測試系統主機：phasefmr(常溫)；cryofmr(低溫)

quantum design攜手nanosc提供的高精度鐵磁共振測試系統，可以快速有效地獲取阻尼係數α，以及有效磁矩 meff、旋磁比γ、非均勻展寬δho等動態磁學參數，也可以表徵靜態磁學性能，如飽和磁化強度ms、各向異性、交換偏置等。該系統基於共面波導技術，無需矢量網絡分析儀，可以提供寬頻2~40ghz測試，並應用鎖相測試技術，大大提高了信噪比，可以測試到1.4nm厚的薄膜。

 

圖3 ：室溫測試用共面波導

 

圖4：用於ppms(versalab)鐵磁共振樣品杆

圖5：montana低溫恆溫器升級cryofmr鐵磁共振測試系統

目前該系統可以應用於室溫（基於電磁鐵平臺）、低溫（配合ppms、versalab、montana恆溫器），在世界上有包括中國科學院物理研究所、南京理工大學、三峽大學等用戶在內的多套設備在運行，並使用該系統在prb等期刊上發表多篇文章。如franco[4]等用鐵磁共振測試系統phasefmr對垂直磁化各向異性[cofeb/pd]n多層膜進行了研究，發現有效垂直各向異性隨多層重複次數的增加而增大，部分測試數據見圖6。

 

圖6：phasefmr用戶文章數據

鐵磁共振測試系統參數如下：

 配置

帶寬 

溫度範圍

 磁場大小

phasefmr

 2-18ghz

 室溫

 根據電磁鐵大小而定

phasefmr-40

 2-40ghz

cryofmr

 2-18ghz

4-400k:ppms®/dynacool™
55-400k: versalab™
10-350k: mi cryostation

±9, 14, 16 t:
ppms®/dynacool™
±3 t: versalab™
±0.7 t: mi cryostation

cryofmr-40

 2-40ghz

 

如果您擁有電磁鐵平臺，快來升級鐵磁共振測試系統吧！
如果您擁有ppms或者versalab，快來升級鐵磁共振測試系統吧!
如果您擁有montana標準型低溫恆溫器，快來升級鐵磁共振測試系統吧！

如果您也想在squid上進行鐵磁共振測試，目前quantum design的工程師正在努力研發中，相信不久後，我們將會為您帶來在squid上成功應用fmr的好消息！

 

參考文獻：
[1]中國科學院物理研究所官網http://www.iop.cas.cn/xwzx/snxw/201806/t20180605_5021775.html
[2] h. wu, l. huang, c. fang, b. s. yang, c. h. wan, g. q. yu, j. f. feng, h. x. wei, and x. f. han, phys. rev. lett. 120, 097205 (2018)
[3] y. sun, h. chang, m. kabatek, y. y. song, z. wang, m. jantz, w. schneider, m. wu, e. montoya, b. kardasz, b. heinrich, s. g. e. te velthuis, h. schultheiss, and a. hoffmann, phys. rev. lett. 111, 106601 (2013).
[4] a. f. franco, c. gonzalez-fuentes, j. a° kerman, and c. garcia, phys. rev. b 95, 144417 (2017)

 

相關產品及連結：
1、鐵磁共振儀（fmr）：

http://www.instrument.com.cn/netshow/c221410.htm

2、ppms綜合物性測量系統：

http://www.instrument.com.cn/netshow/c17086.htm

3、多功能振動樣品磁強計versalab系統：

http://www.instrument.com.cn/netshow/c19330.htm
4、montana instruments超精細多功能無液氦低溫光學恆溫器：

http://www.instrument.com.cn/netshow/c122418.htm
5、超導量子幹涉儀器件squid：

http://www.instrument.com.cn/netshow/c17093.htm

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