伴隨著存儲技術(shù)的革新與發(fā)展,基于自旋信息調(diào)控和操縱的自旋電子學(xué)已成為研究熱點(diǎn)之一。自旋電子學(xué)作為多學(xué)科相互交叉的研究學(xué)科,不僅豐富了物理學(xué)研究內(nèi)容,并且推動了自旋電子器件的發(fā)展�；诖判圆牧系淖孕烹S機(jī)存儲以及原子系綜的量子存儲都是非常重要的研究內(nèi)容。通過對材料自旋動力學(xué)研究可以得到其內(nèi)在的自旋信息,更有利于自旋的調(diào)控,也是存儲設(shè)備革新和研發(fā)的基礎(chǔ)。自旋電子學(xué)中比較常用的兩種探測技術(shù)是泵浦-探測技術(shù)和自旋噪聲譜技術(shù),它們對自旋動力學(xué)研究各有優(yōu)勢。泵浦-探測技術(shù)更側(cè)重于超短時間尺度上的自旋動力學(xué)研究,而自旋噪聲譜技術(shù)更側(cè)重于本征的自旋動力學(xué)研究。本文通過兩種探測技術(shù)分別研究了鐵磁薄膜（CoFeB/MgO薄膜）和銫原子系綜的自旋動力學(xué)過程。主要的研究內(nèi)容如下:（1）描述了磁光法拉第效應(yīng)超快泵浦-探測平臺,可適用于高空間分辨下的鐵磁系統(tǒng)的自旋動力學(xué)研究。光學(xué)恒溫室中的三維納米平移臺,配合光學(xué)成像,可以滿足小尺寸以及不同溫度（4 K至350 K）需要的鐵磁性材料的超快自旋動力學(xué)的研究。另外,在1 nm厚的垂直磁各向異性CoFeB/MgO薄膜上進(jìn)行完整的測試,發(fā)現(xiàn)了其超快退磁以及磁矩進(jìn)動過程。并... 

【文章來源】：山西大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

磁光法拉第效應(yīng)（右）以及磁光克爾效應(yīng)（左）的示意圖

第二章鐵磁薄膜的超快自旋動力學(xué)研究7nnkkkdFFF~~Im211110（2.14）因此，復(fù)法拉第旋轉(zhuǎn)角為：nnnnnniFFF~~~~~~~22（2.15）在磁光克爾/法拉第效應(yīng)基礎(chǔ)上，添加一束泵浦光激發(fā)樣品至非平衡態(tài)，用另一束具有相對時間延時的線偏振探測光測量經(jīng)過樣品反射/透射后偏振面的轉(zhuǎn)角，旋轉(zhuǎn)角變化表示樣品磁矩的大小變化，因此得到磁矩隨時間的變化過程，即為時間分辨的磁光克爾/法拉第旋轉(zhuǎn)。2.3測量系統(tǒng)的搭建圖2.2：基于時間分辨克爾旋轉(zhuǎn)的超快泵浦-探測系統(tǒng)。時間分辨法拉第旋轉(zhuǎn)或時間分辨克爾旋轉(zhuǎn)兩種重要的泵浦-探測技術(shù)，都可以用于鐵磁薄膜的超快自旋動力學(xué)研究。在系統(tǒng)的優(yōu)化過程中，為了盡可能提高入射到樣品上兩束光的時間分辨，我們使

第二章鐵磁薄膜的超快自旋動力學(xué)研究9使用高精度線性平臺（Delayline）改變探測光相對于泵浦光的光程差，它長1.2m，允許相對延遲時間Δt在8ns的范圍內(nèi)改變。經(jīng)50:50分束器后共線的泵浦和探測光經(jīng)一對位于光學(xué)恒溫室內(nèi)f=7.5mm，NA=0.4的消色差透鏡組聚焦在樣品表面并透射還原為準(zhǔn)直光束。透射光經(jīng)過半波片使沃拉斯頓棱鏡分出s態(tài)和p態(tài)偏振光的直流分量相當(dāng)，其中泵浦光被濾波片過濾，只有探測光經(jīng)透鏡聚焦到平衡光橋探測器的兩個光電二極管中。泵浦光和探測光通過斬波器產(chǎn)生10kHz和80Hz的強(qiáng)度調(diào)整�；陔p重鎖相調(diào)制技術(shù)以及平衡光橋的高增益低噪聲探測技術(shù)，得到高信噪比的法拉第信號，可以直接反應(yīng)樣品在入射光方向的磁矩大校對于光學(xué)恒溫室內(nèi)設(shè)計，樣品用低溫膠固定在可任意旋轉(zhuǎn)角度的樣品托上，其中樣品托需人為旋轉(zhuǎn)并觀測，不可避免的帶入人為誤差。在恒溫室兩側(cè)固定有一對磁極可施加橫向磁場范圍-650mT~650mT，通過旋轉(zhuǎn)樣品托角度可實現(xiàn)固定方向磁場下樣品與外磁場的夾角變化。我們的光學(xué)恒溫室中配備三維納米平移臺，配合光學(xué)成像系統(tǒng)，可以精確的找到待測的樣品區(qū)域，同時可實現(xiàn)對樣品區(qū)域微米精度的逐點(diǎn)掃描測量，得到區(qū)域性的磁性分布情況。如圖2.3（b）所示，能夠得到時間分辨的法拉第旋轉(zhuǎn)，同樣也表示磁矩的變化過程，可以直觀的觀測到超快退磁發(fā)生在ps量級。同時旋轉(zhuǎn)泵浦光路的掃描陣鏡并結(jié)合4f透鏡組，可以改變泵浦光和探測光的相對位置，得到空間分辨的法拉第旋轉(zhuǎn)如圖2.3（c）所示。2.4超快退磁及磁矩進(jìn)動過程圖2.4:Ni薄膜（20nm）在飛秒泵浦光脈沖作用下的瞬態(tài)縱向剩磁磁光克爾信號[29]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微米氣室銫原子自旋噪聲譜[J]. 郭志超,張桐耀,張靖.  物理學(xué)報. 2020(03)
[2]CoFeB/MgO鐵磁薄膜超快自旋動力學(xué)的微區(qū)測量[J]. 李艷旭,張桐耀,郭志超,何為,陳院森,張靖.  山西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(03)
[3]自旋電子學(xué)研究的現(xiàn)狀與趨勢[J]. 于笑瀟,資劍,王兵,陳卓敏.  科技中國. 2018(05)
[4]銣原子氣體自旋噪聲譜的測量與改進(jìn)[J]. 尚雅軒,馬健,史平,錢軒,李偉,姬揚(yáng).  物理學(xué)報. 2018(08)
[5]多參數(shù)可調(diào)高速自旋噪聲譜儀[J]. 李晨,丁暢,張桐耀,曹丹華,吳裕斌,陳院森.  量子光學(xué)學(xué)報. 2017(03)
[6]熱原子氣室中正交分量存儲的實驗研究[J]. 田龍,李淑靜,王海.  山西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(02)
[7]銣原子氣體自旋噪聲譜測量的信噪比分析[J]. 史平,馬健,錢軒,姬揚(yáng),李偉.  物理學(xué)報. 2017(01)
[8]Spin noise spectroscopy of rubidium atomic gas under resonant and non-resonant conditions[J]. 馬健,史平,錢軒,李偉,姬揚(yáng).  Chinese Physics B. 2016(11)
[9]85Rb熱原子系綜中Raman相干存儲的實驗研究[J]. 孟祥棟,田龍,張志英,閆智輝,李淑靜,王海.  量子光學(xué)學(xué)報. 2012(04)



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