CN112697835A - 一种测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法，包括以下步骤：将磁性纳米线置于电阻加热平台之上，分别测量得到铂电极Pt1与Pt2的温度电阻系数；用飞秒激光或者皮秒激光聚焦在铂，Pt1或者Pt2电极表面，测量铂电极Pt1和Pt2的电阻，由测得的Pt1与Pt2温度电阻系数，计算得到铂电极Pt1和Pt2的温度，并计算得到Pt1和Pt2之间的温度差ΔT；通过改变施加在磁性纳米线上的磁场，测量得到磁性纳米线上磁性薄膜磁矩在反平行态(AP)和平行态时(P)的电势，计算得到磁性纳米线的自旋塞贝克系数。本发明的测量手段更加简单快捷，产生的温度梯度更加大，并且避免了其他次生效应的产生，测量更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法，属于测量和传感技术领域。
背景技术
自旋电子学和热电学在磁性纳米结构中的结合，可用于开发未来的基于纯自旋的器件，并将其应用于传感和磁数据存储中。最新发现表明通过热梯度能够产生纯自旋流，促进了自旋热电子学这一新兴领域。但是，仍然需要对纳米级磁性结构中的热电电压信号有深刻的了解。
自旋相关塞贝克系数是自旋热电子学里的重要研究内容，如何准确测得该系数是该研究的难点。目前为了测量磁性纳米线中的自旋相关塞贝克系数，通常是在纳米线两端镀一层加热电阻层，通过电阻加热层，在纳米线两端产生温度差，同时测量纳米线在不同电阻态下的电压，并计算得到磁性纳米线的自旋相关塞贝克系数。但此方法存在三个弊端，一是需要在磁性纳米线两端额外镀两层电阻加热膜，增加了磁性纳米线的复杂性；二、由于是电阻丝加热，形成的温度差有限，三是电阻加热过程会带来其他次生效应，如加热电流所产生的额外磁场等，因此本发明提出了采用激光加热的方法，有效避开了测量过程的三个弊端。
发明内容
本发明的目的提供一种基于磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法，磁性纳米线由[FM/Cu/FM]n多层膜以及两端的铂电极薄膜Pt1和Pt2组成，磁性纳米线位于SiO2基底之上，所述的自旋塞贝克系数测量包含三个步骤：
（1）：铂电极温度传感器校准：将磁性纳米线置于电阻加热平台之上，分别测量得到铂电极Pt1与Pt2的温度电阻系数；
（2）：磁性纳米线两端温度差的测量：采用飞秒激光或者皮秒激光聚焦在铂Pt1或者Pt2电极表面，测量铂电极Pt1和Pt2的电阻，由步骤1测得的Pt1与Pt2温度电阻系数，计算得到铂电极Pt1和Pt2的温度，并计算得到Pt1和Pt2之间的温度差ΔT；
（3）：自旋相关塞贝克系数的测量：通过改变施加在磁性纳米线上的磁场，测量得到磁性纳米线上磁性薄膜磁矩在反平行态(AP)和平行态时(P)的电势VAP和VP,根据公式ΔS=(VAP-VP)/ΔT，计算得到磁性纳米线的自旋塞贝克系数。
具体的，步骤（1）中所述的磁性纳米线[FM/Cu/FM]n中FM为Co,CoNi和NiFe等铁磁性薄膜的一种，n大于等于2，所述的磁性纳米线的宽度为100nm~500 nm, 长度为1μm~5μm,所述的铂电极Pt1和Pt2薄膜形状为方形，大小为10μm×10μm，铂电极与磁性纳米线之间的距离为10nm~20nm。
具体的，步骤（1）中所述的电阻加热平台，电阻加热丝为钨丝，直径为2 mm，使用的电阻温度测温器件为Pt100，电阻加热平台能达到的温度为100 oC，Pt电极的电阻测量仪器为Keithley 2400。
具体的，步骤（2）中所述的激光为飞秒或皮秒脉冲激光，激光强度为1mW~10mW，光斑大小为5μm~7μm，光斑聚焦于铂电极的中心，在激光加热条件下，使用Keithley 2400测量铂电极Pt1和Pt2的电阻。
具体的，步骤（3）中所述的磁性纳米线电势VAP和VP的测量器件为Keithley 2400。
与目前采用电阻加热法测量磁性纳米线自旋相关塞贝克系数相比，本发明所采用的激光加热法测量磁性纳米线的自旋相关塞贝克系数，在纳米线两端形成的温度梯度更加大，测量手段也更加简单，同时避免了其他次生效应的产生，测量更加准确。
附图说明
图1测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式及对比例对本发明作进一步阐述。
实施例1：一种测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法, 以测量磁性纳米线[Co/Cu/Co]100的自旋塞贝克系数为例，磁性纳米线的宽度为500 nm, 长度为1.2 μm，两端的铂电极薄膜Pt1和Pt2大小为10μm×10μm，铂电极与磁性纳米线之间的距离为15 nm，磁性纳米线和铂电极都位于SiO2基底之上，整个样品如图1所示，其自旋塞贝克系数的测量过程包括以下步骤：
（1）：铂电极温度传感器校准：将磁性纳米线置于加热电阻加热平台之上，电阻加热丝为钨丝，直径为2 mm，使用的电阻温度测温器件为Pt100，电阻加热平台能达到的温度为100 oC, 使用Keithley 2400铂电极Pt1与Pt2的在不同温度下的电阻，计算得到Pt1与Pt2的电阻温度系数；
（2）：磁性纳米线两端温度差的测量：采用飞秒激光聚焦在铂Pt2电极表面，测量铂电极Pt1和Pt2的电阻，激光强度为50 mW，光斑大小为5μmμm，光斑聚焦于铂电极Pt2的中心，使用Keithley 2400测量Pt1和Pt2的电阻，根据步骤1测得的Pt1与Pt2温度电阻系数，计算得到铂电极Pt1和Pt2的温度，并计算得到Pt1和Pt2之间的温度差ΔT=8.2 K；
(3)：自旋相关塞贝克系数的测量：通过改变施加在磁性纳米线上的磁场，使用Keithley 2400测量得到磁性纳米线上磁性薄膜磁矩在反平行态(AP)和平行态时(P)的电势VAP=127.5 μV和VP=73.1 μV,根据公式ΔS=(VAP-VP)/ΔT，得到磁性纳米线的自旋塞贝克系数为6.6μV /K。
Claims (6)
1.一种测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法, 其特征在于磁性纳米线由[FM/Cu/FM]n多层膜以及两端的铂电极薄膜Pt1和Pt2组成，磁性纳米线位于SiO2基底之上，所述的自旋塞贝克系数测量包含三个步骤：
（1）：铂电极温度传感器校准：将磁性纳米线置于电阻加热平台之上，分别测量得到铂电极Pt1与Pt2的温度电阻系数；
（2）：磁性纳米线两端温度差的测量：采用飞秒激光或者皮秒激光聚焦在铂Pt1或者Pt2电极表面，测量铂电极Pt1和Pt2的电阻，由步骤1测得的Pt1与Pt2温度电阻系数，计算得到铂电极Pt1和Pt2的温度，并计算得到Pt1和Pt2之间的温度差ΔT。
2.(3)：自旋相关塞贝克系数的测量：通过改变施加在磁性纳米线上的磁场，测量得到磁性纳米线上磁性薄膜磁矩在反平行态(AP)和平行态时(P)的电势VAP和VP,根据公式ΔS=(VAP-VP)/ΔT，计算得到磁性纳米线的自旋塞贝克系数。
3.根据权利要求书1所述的测量方法，其特征在于所述的磁性纳米线[FM/Cu/FM]n中，FM为Co,CoNi和NiFe等铁磁性薄膜的一种，n大于等于2，所述的磁性纳米线的宽度为100nm~500 nm, 长度为1μm~5μm,所述的铂电极Pt1和Pt2薄膜形状为方形，大小为10μm×10μm，铂电极与磁性纳米线之间的距离为10nm~20nm。
4.根据权利要求书1所述的测量方法，其特征在于步骤（1）中所述的电阻加热平台，电阻加热丝为钨丝，直径为2 mm，使用的电阻温度测温器件为Pt100，电阻加热平台能达到的温度为100oC，Pt电极的电阻测量仪器为Keithley 2400。
5.根据权利要求书1所述的测量方法，其特征在于步骤（2）中所述的激光为飞秒或皮秒脉冲激光，激光强度为1mW~10mW，光斑大小为5μm~7μm，光斑聚焦于铂电极的中心，在激光加热条件下，使用Keithley 2400测量铂电极Pt1和Pt2的电阻。
6.根据权利要求书1所述的测量方法，其特征在于步骤（3）中所述的磁性纳米线电势VAP和VP的测量器件为Keithley 2400。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113567824A (zh) * | 2021-07-22 | 2021-10-29 | 中国电子技术标准化研究院 | 基于皮秒激光的氮化镓器件成核层热阻测量装置及方法 |
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2020
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| CN113567824A (zh) * | 2021-07-22 | 2021-10-29 | 中国电子技术标准化研究院 | 基于皮秒激光的氮化镓器件成核层热阻测量装置及方法 |
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