磁性薄膜测量新突破：铁磁共振FMR实现全方位搭配、升级！

发布日期：2019-12-09

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