一种自旋波定向传输波导结构制造技术

本发明专利技术属于磁性材料信号传输技术领域，具体为一种自旋波定向传输波导结构。本发明专利技术的波导结构是在具有DMI效应的铁磁绝缘材料的二维薄膜上构造的磁结构；该磁结构由若干块指向自旋波传输方向的磁畴和在磁畴之间形成的特定结构的磁畴壁构成；相邻磁畴之间磁化方向相反；其中，通过全反射方式来传输自旋波，通过外加电场改变自旋波发生全反射所需的入射角度范围的方式来改变自旋波传输方向；该结构的功能类似于公知的光波导纤维，主要区别是该结构以磁性绝缘材料为媒介，自旋波为能量和信息的载体。该自旋波定向传输波导结构可根据要求单向或双向传输自旋波，传输效率高，衰减小，易于集成与扩展，易于与现有电子芯片技术相结合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磁性材料信号传输
，具体设及一种磁性绝缘材料中自旋波的 定向传输波导结构，用于在磁性绝缘材料中长程单向传输自旋波。
技术介绍
自旋波是指在磁性材料中磁性的激发态，它广泛存在于所有磁性材料中。在磁性 绝缘材料中，由于没有导电电子，自旋波成为一种新型的传输信息的载体。它易激发，易检 巧。，信息存贬密度大，功耗小，易禪合，与现有工业技术整合性好，是继现代W电子，光为信 息载体的下一代信息技术的理想信息载体。 磁性材料中信号的传输是基于磁性材料的信息处理系统的关键部分，是连接信号 发射端和检测端的中枢，在基于磁性材料的器件和系统研制中具有极为重要的应用。在磁 性材料构成的器件和系统中，自旋波的发射端和检测端是分离的，器件的工作效率直接决 定于自旋波在磁性绝缘材料中传输的效率。在发射端激发的自旋波，除去满足工作要求的 自旋波，同时有许多额外的不需要的，不利于器件正常工作的自旋波成分，该些成分必须在 传输过程中去除。发射端和检测端通常位于固定的位置，为了有效地发射和检测，自旋波在 传输过程中必须进行有效的导向。该些自旋波传输过程中的高效性，选择性，定向性对于磁 性材料中的传输结构的设计提出了很高的要求，现有的自旋波的传输结构难W满足该一要 求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种效率高的自旋波定向传输波导结构，用于在磁性材料 中长程定向传输自旋波。[000引本专利技术所提供的自旋波定向传输波导结构，是在具有DMKDzyalosMnskii-MoriyaInte raction,化yaloshinskii-Moriya相互作用）效应的铁磁绝缘材料的二维薄膜上构造的 磁结构；该磁结构由若干块指向自旋波传输方向的磁畴和在磁畴之间形成的特定结构的磁 畴壁构成；相邻磁畴之间磁化方向相反；其中，通过全反射方式来传输自旋波，通过外加电 场改变自旋波发生全反射所需的入射角度范围的方式来改变自旋波传输方向。 本专利技术中，所述通过全反射方式来传输自旋波，是指利用波导结构中存在的全反 射现象传输自旋波；所述全反射现象是指；在某个磁畴里W-定能量传输的自旋波W某个 范围内的角度入射到磁畴壁时，由于该自旋波在该磁畴壁另一边的磁畴中所要求的自旋波 能量高于该入射自旋波的能量，入射的自旋波无法穿越磁畴壁，只能被全部反射回来的现 象。 本专利技术中，所述改变自旋波传输方向是指；通过外加电场改变磁性材料中Dffl的 相关参数符号，改变自旋波发生全反射所需的入射角度范围，进而改变自旋波传输方向。 本专利技术中，所述若干块磁畴，一般是3块，或者是4块，等等；当磁畴为4块时，构成 双通道-单向自旋波传输波导结构。 本专利技术中，当DMI效应为体DMI效应（Bu化DMI)时，磁畴壁的种类为布洛赫壁 (BlochWall);当DMI效应为界面DMI效应时（InterfacialDMI)，磁畴壁的种类为奈尔壁 (NeelWall)。 相对于传统的自旋波传输结构，本专利技术的自旋波传输波导结构充分利用了磁性材 料中的Dffl效应。利用Dffl的非对称特性，构造了所述磁结构中自旋波的全反射行为，并利 用该全反射行为实现了自旋波的单向传输。该自旋波的全反射行为类比于光在光纤中的全 反射行为，而该自旋波波导结构是光纤结构在磁性材料和磁性体系里的拓展。同时，利用该 结构中全反射行为的方向选择性，本自旋波导结构实现了自旋波的单向传输特性。该单向 选择性赋予了本专利技术中所述自旋波波导结构比光纤结构更优秀和丰富的传输特性。 与现有的技术相比，本专利技术具有W下有益的技术效果： (1)与传统的自旋波传输结构不同，本专利技术中的自旋波波导结构具有自旋波传输的单 向选择特性。 (2)本专利技术中传输自旋波的方式是全反射方式，对于不符合全反射要求的自旋波 全部滤除，对于符合全反射要求的自旋波可做到完美传输，在筛选自旋波的同时，为自旋波 的长程传输提供了保证。 (3)本专利技术基于磁性材料的二维结构，而非普通自旋波传输结构中的一维结构，有 效的拓展了自旋波在更多维度上的可能性。 (4)本专利技术基于同一磁性材料上的磁畴形成的磁畴壁结构，而非不同磁性材料之 间形成的磁性异质结结构，有利于自旋波器件的构造。 (5)本专利技术中自旋波的传输方向可W通过外加电场的方式改变，而无需改变具体 的磁结构，具有操作方便，并易于与现有电子工业技术结合的优点。 本专利技术结构的功能类似于公知的光波导纤维，主要区别是该结构W磁性绝缘材料 为媒介，自旋波为能量和信息的载体。该自旋波定向传输波导结构可根据要求单向或双向 传输自旋波，传输效率高，衰减小，易于集成与扩展，易于与现有电子巧片技术相结合。 本专利技术中的单向自旋波传输波导结构易于扩展为双通道W至于多通道式波导结 构，各相邻通道自旋波传输方向不同然而信息互不干扰，充分保证了信息传输的私密性和 高效性。【附图说明】 图1是本专利技术的自旋波的单向传输波导的一种结构。图2是本专利技术的自旋波的单向传输波导的另一种结构。 图3是本专利技术中在指定其中一种磁畴壁左右两边磁畴内磁方向时磁畴壁内部的 磁方向分布示意图。 图4是本专利技术的在指定其中另一种磁畴壁左右两边磁畴内磁方向时磁畴壁内部 的磁方向分布示意图。 图5是本专利技术中一个典型的自旋波在入射到磁畴壁时的全反射现象的仿真图。 图6是本专利技术中在一个典型频率下自旋波在磁畴壁处发生全反射现象的原理图。图7是本专利技术中在另一个典型频率下自旋波在磁畴壁处发生全反射现象的原理 图。图8是本专利技术中全发射现象特征角随着自旋波频率变化的仿真计算图。图9是本专利技术中全反射现象特征角随着Dffl特征参数变化的仿真计算图。 图10是本专利技术中自旋波的单向传输波导结构的推广情况下的一个典型的双通道 单向自旋波波导的示意图。【具体实施方式】[002引下面结合具体实施例和附图来详细说明本专利技术，但本专利技术并不仅限于此。 本专利技术中的一种自旋波的单向传输波导结构，由具有Dffl效应的磁性材料的二维 薄膜构成。如图1，2所示，该波导结构包括S个相邻的磁畴区域，其中中间磁畴的磁指向， 与左右两边的磁畴的磁指向正好相反，因此中间磁畴与左右两边的磁畴各形成一个磁畴 壁。=个磁畴中的磁指向与两个磁畴壁形成的方向保持平行。左右两边磁畴壁内部的磁指 向的分布分别如图3,图4所示。 在Dffl效应下，在中间磁畴内传输的自旋波在W图下方黑色扇形内的入射方向入 射到左边或右边磁畴壁结构上时，会发生全反射现象而被完美反射。由于左右磁畴和磁畴 壁结构的对称性，该些被左边(右边）磁畴壁反射的自旋波会再次W-个对称的入射角度入 射到右边(左边）的磁畴壁上，再次由于发生全反射现象而被完美反射。该些W特定角度范 围入射范围内入射的自旋波在中间磁畴中传输的过程中，将不断受到左边和右边磁畴壁的 全反射而不断向前传播。由于自旋波在全反射过程是完美反射，不损失任何能量，因此该些 自旋波将无衰减的沿着左右磁畴壁规定的方向传输。该部分自旋波的传输W实线折线的形 式表不。 与此对比，当自旋波沿着黑色扇形W外的入射角度入射到磁畴壁上时，发生的反 射不是全反射，因此将损失部分能量。当被左边(右边）磁畴壁反射的自旋波再次反射到右 边(左边）的磁畴壁上时，由于入射角度左右对称，自旋波的反射同样不是全反射，因此会再 次衰减。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自旋波定向传输波导结构，其特征在于是在具有DMI效应的铁磁绝缘材料的二维薄膜上构造的磁结构；该磁结构由若干块指向自旋波传输方向的磁畴和在磁畴之间形成的特定结构的磁畴壁构成；相邻磁畴之间磁化方向相反；其中，通过全反射方式来传输自旋波，通过外加电场改变自旋波发生全反射所需的入射角度范围的方式来改变自旋波传输方向；其中，所述通过全反射方式来传输自旋波，是指利用波导结构中存在的全反射现象传输自旋波；所述全反射现象是指：在某个磁畴里以一定能量传输的自旋波以某个范围内的角度入射到磁畴壁时，由于该自旋波在该磁畴壁另一边的磁畴中所要求的自旋波能量高于该入射自旋波的能量，入射的自旋波无法穿越磁畴壁，只能被全部反射回来的现象；所述改变自旋波传输方向是指：通过外加电场改变磁性材料中DMI的相关参数符号，改变自旋波发生全反射所需的入射角度范围，进而改变自旋波传输方向。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：兰金，余伟超，肖江，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31