一种自旋电子异质结及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自旋电子异质结及其制备方法，其中，制备方法包括步骤：在单晶衬底上制备Tm3Fe5O

【技术实现步骤摘要】
一种自旋电子异质结及其制备方法


[0001]本专利技术涉及异质结
，尤其涉及一种自旋电子异质结及其制备方法。

技术介绍

[0002]亚铁磁绝缘体材料在自旋电子领域有着广泛的应用。因具有较高的居里温度、高电阻率和高频下低磁性损失的特点，稀土铁石榴石(Re3Fe5O
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,Re是稀土元素，通常为Y，Tm，Tb，Gd等)被视为一种理想的亚铁磁绝缘体材料，其在磁性存储领域有着潜在的应用。由于重金属的强自旋轨道效应，大量文献报道了基于重金属(Pt、Ta、W)/稀土铁石榴石异质结的量子反常霍尔效应现象。但是，重金属材料的稀缺性极大地限制了其在自旋电子器件领域的潜在商业应用。轻金属材料的资源非常丰富，但是与重金属相比，其自旋轨道效应很弱。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0004]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种自旋电子异质结及其制备方法，旨在解决现有轻金属与稀土铁石榴石形成的异质结自旋轨道力矩转化效率较低的问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种自旋电子异质结的制备方法，其中，包括步骤：
[0007]在单晶衬底上制备Tm3Fe5O
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薄膜；
[0008]在所述Tm3Fe5O
12
薄膜上溅射Cu层，制得Cu/Tm3Fe5O
12
异质结；
[0009]将所述Cu/Tm3Fe5O
12
异质结放置在空气中进行自然氧化，制得CuO
x
/Tm3Fe5O
12
异质结，其中，x大于0小于1。
[0010]所述自旋电子异质结的制备方法，其中，在单晶衬底上制备Tm3Fe5O
12
薄膜的步骤包括：
[0011]以Tm3Fe5O
12
陶瓷靶作为靶材，在真空度小于5x10
‑8mT的条件下，采用射频溅射的方式在所述单晶衬底上溅射Tm3Fe5O
12
薄膜。
[0012]所述自旋电子异质结的制备方法，其中，在所述单晶衬底上溅射Tm3Fe5O
12
薄膜的过程中，通入氩气和氧气，其中，氧气流量为1
‑
5％的氩气流量。
[0013]所述自旋电子异质结的制备方法，其中，在所述单晶衬底上溅射Tm3Fe5O
12
薄膜的过程中，所述单晶衬底保持500
‑
800℃。
[0014]所述自旋电子异质结的制备方法，其中，在单晶衬底上制备Tm3Fe5O
12
薄膜之前还包括步骤：
[0015]在一个大气压的氧气环境下，对所述单晶衬底进行800
‑
1200℃的退火处理，退火时间为5
‑
7h。
[0016]所述自旋电子异质结的制备方法，其中，所述单晶衬底为Gd3Sc2Ga3O
12
单晶衬底或Gd3Ga5O
12
单晶衬底。
[0017]所述自旋电子异质结的制备方法，其中，在所述Tm3Fe5O
12
薄膜上溅射Cu层，制得Cu/Tm3Fe5O
12
异质结的步骤包括：
[0018]在工作气压为2
‑
4mT的条件下，采用直流电源溅射的方式在所述Tm3Fe5O
12
薄膜上溅射Cu层，制得Cu/Tm3Fe5O
12
异质结。
[0019]所述自旋电子异质结的制备方法，其中，所述Cu层的厚度为3
‑
7nm。
[0020]所述自旋电子异质结的制备方法，其中，所述Tm3Fe5O
12
薄膜的厚度为2
‑
12nm。
[0021]一种自旋电子异质结，其中，采用本专利技术所述自旋电子异质结的制备方法制得。
[0022]有益效果：本专利技术提供了一种自旋电子异质结，通过磁控溅射的方法制备了Cu/Tm3Fe5O
12
异质结，然后利用Cu的自然氧化，形成CuO
x
/Tm3Fe5O
12
异质结；该异质结具有垂直磁各向异性，且Cu的自然氧化能够增强自旋轨道力矩转化效率，使得该异质结的自旋轨道力矩转化效率为0.018。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种自旋电子异质结的制备方法较佳实施例的流程图。
[0024]图2为实施例1中Cu/Re3Fe5O
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(Re:Tm,Gd,Tb,Y)的异质结结构示意图。
[0025]图3为实施例1中CuO
x
(3nm)/Re3Fe5O
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(4nm)异质结的TEM图。
[0026]图4为实施例1中CuO
x
(3nm)/Re3Fe5O
12
(4nm)异质结的霍尔磁阻图。
[0027]图5为SiO2(2nm)/Cu(3nm)/Tm3Fe5O
12
(4nm)异质结的霍尔磁阻图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供一种自旋电子异质结及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]请参阅图1，图1为本专利技术提供的一种自旋电子异质结的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括步骤：
[0030]S10、在单晶衬底上制备Tm3Fe5O
12
薄膜；
[0031]S20、在所述Tm3Fe5O
12
薄膜上溅射Cu层，制得Cu/Tm3Fe5O
12
异质结；
[0032]S30、将所述Cu/Tm3Fe5O
12
异质结放置在空气中进行自然氧化，制得CuO
x
/Tm3Fe5O
12
异质结，其中，x大于0小于1。
[0033]本实施例首先通过磁控溅射的方法制备了Cu/Tm3Fe5O
12
异质结，然后利用Cu的自然氧化，形成CuO
x
/Tm3Fe5O
12
异质结。本实施例利用Cu的自然氧化形成CuO
x
，也能产生自旋霍尔效应，且自旋轨道力矩转化效率与Pt相当的原理，制得的CuO
x
/Tm3Fe5O
12
异质结具有垂直磁各向异性，且Cu的自然氧化能够增强自旋轨道力矩转化效率，使得该异质结的自旋轨道力矩转化效率为0.018。
[0034]在一些实施方式中，在单晶衬底上制备Tm3Fe5O
12
薄膜之前还包括步骤：在一个大气压的氧气环境下，对单晶衬底进行800
‑
1200℃的退火处理，退火时间为5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自旋电子异质结的制备方法，其特征在于，包括步骤：在单晶衬底上制备Tm3Fe5O
12
薄膜；在所述Tm3Fe5O
12
薄膜上溅射Cu层，制得Cu/Tm3Fe5O
12
异质结；将所述Cu/Tm3Fe5O
12
异质结放置在空气中进行自然氧化，制得CuO
x
/Tm3Fe5O
12
异质结，其中，x大于0小于1。2.根据权利要求1所述自旋电子异质结的制备方法，其特征在于，在单晶衬底上制备Tm3Fe5O
12
薄膜的步骤包括：以Tm3Fe5O
12
陶瓷靶作为靶材，在真空度小于5x10
‑8mT的条件下，采用射频溅射的方式在所述单晶衬底上溅射Tm3Fe5O
12
薄膜。3.根据权利要求2所述自旋电子异质结的制备方法，其特征在于，在所述单晶衬底上溅射Tm3Fe5O
12
薄膜的过程中，通入氩气和氧气，其中，氧气流量为1
‑
5％的氩气流量。4.根据权利要求2所述自旋电子异质结的制备方法，其特征在于，在所述单晶衬底上溅射Tm3Fe5O
12
薄膜的过程中，所述单晶衬底保持500
‑
800℃℃。5.根据权利要求2所述自旋电子异质结的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：安红雨，叶志祥，仇明侠，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：