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磁性薄膜测量新突破:铁磁共振FMR实现全方位搭配、升级!
 
   2018年度“亚洲磁学联盟奖”(AUMS Award)于6月4日在韩国揭晓,物理所韩秀峰研究员凭借“基于磁性绝缘体的磁子阀效应”项目荣获此奖。韩秀峰研究员团队创新性地采用YIG磁性绝缘体作为磁性电极、Au作为中间层研制出了高质量、新型磁性绝缘体/金属/磁性绝缘体(MI/NM/MI)磁子阀结构,并且在该结构中首次观测和发现了磁子阀效应(Magnon Valve Effect),揭示了磁子阀比值主要取决于磁性绝缘体/金属界面磁子-电子自旋转换效率的原理。[1]
 
图1:(a) 磁子阀结构、原理和测量示意图
(b)-(c) GGG/YIG和YIG/Au/YIG区域的透射电镜图
   该项工作的相关研究进展发表在 Phys. Rev. Lett.[2],并且作为亮点文章在PRL网站首页重点推荐。在此我们祝贺Quantum Design的PPMS和MicroSense VSM用户韩秀峰研究员团队,也祝愿他们今后能够再创辉煌!
  在上述的研究中,YIG作为磁性绝缘体材料,有着其独特的物理性能,其拥有低的Gilbert阻尼因子。Sun[3]等利用铁磁共振系统对YIG薄膜进行了阻尼的测试研究,测出YIG的阻尼因子大小约10-4。在对磁性材料的研究中,阻尼因子α是一个比较重要的参数,可以帮助我们提升电路及电子器件的传输效率和传输速度。

图2:铁磁共振测试系统主机:PhaseFMR(常温);CryoFMR(低温)
  Quantum Design携手NanOsc提供的高精度铁磁共振测试系统,可以快速有效地获取阻尼系数α,以及有效磁矩 Meff、旋磁比γ、非均匀展宽ΔHo等动态磁学参数,也可以表征静态磁学性能,如饱和磁化强度Ms、各向异性、交换偏置等。该系统基于共面波导技术,无需矢量网络分析仪,可以提供宽频2~40GHz测试,并应用锁相测试技术,大大提高了信噪比,可以测试到1.4nm厚的薄膜。
 
图3 :室温测试用共面波导
 
图4:用于PPMS(VersaLab)铁磁共振样品杆
图5:Montana低温恒温器升级CryoFMR铁磁共振测试系统
  目前该系统可以应用于室温(基于电磁铁平台)、低温(配合PPMS、VersaLab、Montana恒温器),在世界上有包括中国科学院物理研究所、南京理工大学、三峡大学等用户在内的多套设备在运行,并使用该系统在PRB等期刊上发表多篇文章。如Franco[4]等用铁磁共振测试系统PhaseFMR对垂直磁化各向异性[CoFeB/Pd]n多层膜进行了研究,发现有效垂直各向异性随多层重复次数的增加而增大,部分测试数据见图6。
 
图6:PhaseFMR用户文章数据
铁磁共振测试系统参数如下:
 配置
带宽 
温度范围 磁场大小
PhaseFMR 2-18GHz 室温 根据电磁铁大小而定
PhaseFMR-40
 2-40GHz
CryoFMR 2-18GHz4-400K: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
 
  如果您拥有电磁铁平台,快来升级铁磁共振测试系统吧!
  如果您拥有PPMS或者VersaLab,快来升级铁磁共振测试系统吧!
  如果您拥有Montana标准型低温恒温器,快来升级铁磁共振测试系统吧!
  如果您也想在SQUID上进行铁磁共振测试,目前Quantum Design的工程师正在努力研发中,相信不久后,我们将会为您带来在SQUID上成功应用FMR的好消息!
 
参考文献:
[1]中国科学院物理研究所官网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)
 
 
 
     
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