我院张雪峰教授团队在《Advanced Functional Materials》期刊发表最新成果:人造反点晶格可重构铁磁共振研究进展

发布者:静发布时间:2022-02-18浏览次数:709

近日,我院张雪峰教授团队在《Advanced Functional Materials》期刊发表学术论文Reconfigurable Ferromagnetic Resonances by Engineering Inhomogeneous Magnetic Textures in Artificial Magnonic Crystals”,该论文由冀连泽博士(排名第一),赵荣志博士(共同第一)共同完成,通讯作者为张雪峰教授,第一单位为杭州电子科技大学。

   利用微纳加工技术在铁磁性复合薄膜内构建具有反点阵列晶格(即人造磁子晶体MC),探索了不均匀磁结构与相应铁磁共振光谱之间的内在相关性。先进的微加工技术为控制磁结构提供了额外的自由度,从而决定了各种自旋电子器件的薄膜磁体的自旋动力学。然而,由于缺乏直接观察到不均匀磁结构的演变,对复杂铁磁共振(FMR)的直观理解仍然具有挑战性。研究结果提供了对开发新型电子设备的人造薄膜磁体的物理理解,这对于电磁兼容性(例如薄膜电感器和滤波器)和自旋电子器件(例如磁振波导和逻辑门)具有重要意义。

  

  

   论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202112956

  

   研究团队基于微纳加工技术在SiNx膜上制备了具有反点阵列晶格与连续的坡莫合金(Ni80Fe20)薄膜(见图1d-g),通过用短路微带线收集反射的微波信号S11来探索微尺度的自旋动力学,如图1a-b所示。复杂的FMR可以在磁子晶体中根据磁化的回转被激发。我们首先对MC中的局部磁性纹理进行了原位LZ-TEM。如图1c所示,反点阵列晶格呈现有序畴壁在孔的边界处形核,通过局限效应产生一种条纹状的磁结构。畴壁在5 mT的磁场下重组,在反点阵列晶格孔的边界附近观察到弧形畴壁(1d)。作为比较,连续膜的磁结构如图1e-f所示。根据Landau-Lifshitz方程,FMR可以基于这些磁结构进行激发,这些磁结构在从S11中提取的有效磁导率光谱中表现出共振峰。在获得的磁谱中,如果没有施加外部磁场(1g)MC的谐振峰(称为P1)接近连续膜中的谐振峰(称为C1),分别与有序和无序畴壁相关。有趣的是,当施加外部磁场(Hext = 5 mT)时,峰值P1的分裂发生在可区分的峰值P2出现并从P1红移的地方(1h)。这种分裂现象可能是由塞曼能和退磁能之间的竞争引起的,这导致在反点阵列晶格边界附近形成弧形畴壁。因此,可重构的铁磁共振可以在这样的MC中实现。

  

1. 有序磁结构在图案化磁子晶体中的成核(a) 铁磁共振示意图 (b) (c) 复杂FMR被激发在圆形反点阵列晶格的磁子晶体中 (d) 有序畴壁 (e) 弧形畴壁分别在Hext = 0 mT5 mT处的反点阵列中形核 (f) 有序畴壁 (g) 弧形畴壁分别Hext = 0 mT5 mT的连续模中形核 (g) Hext = 0 mT下连续膜和圆形反点阵列的FMR (i) Hext = 5 mT 下连续膜和圆形反点阵列的FMR

  

  

2. 动态磁性能:(a) 连续膜随外加磁场FMR  (c) 圆形反点阵列随外加磁场的FMR。在不同的磁场下(b)连续膜 (d) 圆形反点阵列相应的洛伦兹拟合(e) P1(顶层)P2(底层)分支谐振峰的重构性总结。

  

3. 不同图案反点阵列的磁结构: Hext = 0 mT下的有序磁畴(a) 正方形 (b) 五边形(c) 六边形; Hext 约为5 mT下弧形畴壁(d) 正方形 (e) 五边形(f) 六边形 Hext 约为10 mT下弧形畴壁(d) 方形 (e) 五边形(f) 六边形

4. 不同图案的动态磁性能:(a) 正方形随外加磁场的FMR (b) 五边形随外加磁场的FMR (c) 六边形随外加磁场的FMR。在不同的磁场下(d) 正方形(e) 五边形和(f) 六边形阵列分别相应的洛伦兹拟合(g) P1(顶层)P2(底层)分支谐振峰的重构性总结。

  

   该研究得到了国家重大仪器专项、国家自然科学基金、浙江省重点研发计划等项目的资助。