题目：纯电学操控室温铁磁器件的自旋翻转

报告人：王开友 中国科学院半导体研究所，超晶格国家重点实验室

地点： 教十二-201

时间： 3月30日，周五，15:00-16:00

摘要：

利用电子自旋来进行信息的处理和存储具有高速、低能耗和抗辐射的优点，利用电学的方法来控制磁性材料，尤其是室温铁磁器件中的自旋态的翻转是自旋电子学走向应用的重要途径，我们研究了自旋霍尔效应控制磁化翻转沉重的金属/铁磁/金属多层膜和压电电压控制Heusler合金Co2FeAl自旋翻转。

由于重非磁金属/铁磁/氧化物三层结构中，同时存在自旋霍尔效应和Rashba自旋轨道耦合，这两者都会对磁性材料产生作用，科技界对电流翻转自旋的物理机理一直有非常多的争论：到底是自旋霍尔效应还是Rashba自旋轨道耦合效应的贡献，为了澄清此争论，我们用磁控溅射方法生长出对称多层膜Pt/CoNiCo/Pt结构，通过设计特殊的器件结构，发现Rashba自旋轨道耦合几乎可以忽略不计，发现在磁场辅助下，利用自旋霍尔电流可以成功实现CoNiCo铁磁纳米柱的翻转；通过面内旋转磁场测试，验证均匀垂直Rashba场不能对自旋定向翻转起作用；为了实现垂直磁性材料的无外加磁场翻转，我们通过水平铁磁层的交换耦合，可以通过预先磁化来实现电流诱导垂直器件的定向翻转。

我们利用铁电衬底，在室温零磁场下，成功实现了电场调控电流诱导垂直铁磁多层膜CoNiCo器件的可控自旋翻转，并结合理论模拟发现是电场诱导的沿电流方向产生的自旋流梯度导致的。利用压电效应，用电场实现了Co2FeAl的易磁化轴在室温零磁场下面内90度的旋转，基于它制成的电控平面霍尔器件，我们实现了简单的逻辑功能，相比于电流调控自旋翻转，仅仅用电压诱导铁磁器件中的磁化翻转，其能耗可以大幅度降低。

个人简介：

中科院半导体所研究员/中国科学院大学教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，半导体超晶格国家重点实验室主任。 2005年在英国诺丁汉大学天文物理学院获得哲学博士学位。2005年3月－5月在诺丁汉大学作研究助理， 2005年6月－2009年3月在日立剑桥研究实验室作Researcher。曾经两次在波兰科学院物理研究所做访问研究，并作为访问教授在丹麦玻尔研究所进行短期访问研究。2009年加入半导体研究所超晶格国家重点实验室工作，迄今合作发表了100多篇科技论文，发表的文章被引用3500多次。在27届国际半导体会议上被国际纯物理和应用物理组织（IUPAP）评为“青年优秀作者奖”； 获得第二届“中国海外优秀自费留学生奖”；2009年获得中国科学院"百人计划"的资助，并获得百人计划终期评估优秀。2012年获得“国家杰出青年基金”资助；2014年获得“中国侨界（创新人才）贡献奖”，当前的研究兴趣主要是自旋电子学器件及低维纳米器件的物理特性研究。

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