磁光器件、磁光控制系统及方法技术方案

本申请提供一种磁光器件、磁光控制系统及方法。磁光器件包括磁光薄膜、绝缘衬底和重金属薄膜阵列。磁光薄膜的材料包括含铋元素的过渡族金属氧化物，该磁光薄膜在室温条件下具有面外易磁化的特性。磁光薄膜表面形成有重金属薄膜阵列，便于利用重金属阵列的自旋轨道转距效应实现磁光薄膜面外磁化方向的翻转，无需通过外加磁场即可实现对磁性绝缘体薄膜中磁化方向的翻转，使得磁光器件具有高稳定性。本申请的磁光器件可以兼顾现有的半导体微纳加工工艺，可以使得磁光器件具有微型化和集成化特点。本申请中的磁光器件、磁光控制系统及方法还可用于光存储，光通信以及光操控等领域。光通信以及光操控等领域。光通信以及光操控等领域。

【技术实现步骤摘要】
磁光器件、磁光控制系统及方法


[0001]本申请涉及磁光器件
，特别是涉及一种磁光器件、磁光控制系统及方法。

技术介绍

[0002]随着磁光材料领域的发展，磁光材料广泛应用在信息功能器件中，涉及到国防、民用基础设施以及商用光通信等领域。利用磁光材料的特性，可以制备出磁光开关，磁光存储，磁光隔离器，磁光调制器等各类功能的磁光器件，利用电控的方式实现对磁光器件磁光响应的调控具有重要的意义。
[0003]传统技术中，利用导电线圈通电流来产生外磁场，进而利用产生外磁场的方向来调控磁光器件的磁化方向，实现对磁光器件中入射光偏振状态的调控。由于外磁场的发散性和非局域等特点，在集成器件中利用该方法无法进一步将磁光器件降低至更小尺寸。同时，外磁场的发散性会串扰信号，在外磁场作用下的磁光响应速度等一些磁光器件的关键指标都会受到限制。除此之外，由于利用通电线圈来产生磁场也会使得磁光器件产生焦耳热量，这种方式会大大降低磁光器件器件的使用的效率和功耗。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有技术中磁光器件无法集成化的问题，提供一种磁光器件、磁光控制系统及方法。
[0005]一种磁光器件，包括：
[0006]磁光薄膜，所述磁光薄膜的材料包括含铋元素的过渡族金属氧化物；
[0007]绝缘衬底，所述磁光薄膜外延生长在所述绝缘衬底上；
[0008]所述磁光薄膜表面形成有重金属薄膜阵列，所述重金属薄膜阵列用于基于施加的不同方向的电流改变所述磁光薄膜的面外磁化方向。
[0009]在一个实施例中，所述过渡族金属氧化物包括3d过渡族金属氧化物。
[0010]在一个实施例中，所述磁光薄膜的厚度小于100纳米。
[0011]在一个实施例中，所述磁光薄膜通过激光脉冲沉积方法外延生长在所述绝缘衬底上。
[0012]在一个实施例中，所述磁光薄膜通过液相外延方法外延生长在所述绝缘衬底上。
[0013]在一个实施例中，所述重金属薄膜阵列中的金属元素包括铂、钽和铋。
[0014]一种磁光控制系统，其特征在于，所述磁光控制系统包括如权利要求1
‑
6所述的磁光器件、以及电源和金属引线，其中：
[0015]所述电源，用于提供电流；
[0016]所述金属引线，分别与重金属薄膜阵列和所述电源相连，用于向所述重金属阵列引入电流。
[0017]在一个实施例中，所述磁光控制系统还包括：
[0018]外置偏振光；
[0019]探测装置，用于探测所述外置偏振光透射穿过磁光薄膜后所述外置偏振光偏振面的旋转角。
[0020]一种磁光控制方法，所述磁光控制方法应用于上述的磁光控制系统，所述方法包括：
[0021]控制外置偏振光透射穿过磁光薄膜；
[0022]利用电源通过金属引线向重金属薄膜阵列提供不同方向电流，利用所述重金属薄膜阵列的自旋轨道转距效应改变所述磁光薄膜面外磁化方向；
[0023]利用探测装置探测透射穿过所述磁光薄膜的所述外置偏振光偏振面的旋转角变化，利用所述探测装置的探测结果反映磁光器件工作状态。
[0024]在一个实施例中，所述利用所述重金属薄膜阵列的自旋轨道转距效应改变所述磁光薄膜面外磁化方向包括：
[0025]当所述重金属薄膜阵列中通过所述不同方向电流时，所述重金属薄膜阵列内部形成不同方向的有效场，所述有效场带动所述磁光薄膜面内自旋取向翻转，从而使得所述磁光薄膜面外磁化方向翻转。
[0026]本申请提供的磁光器件、磁光控制系统及方法。所述磁光器件的所述磁光薄膜材料为含铋元素的过渡族氧化物，该类磁光材料在具有室温以及室温以上条件下具有较高的磁光系数，同时具有自发的面外易磁化特性。所述磁光薄膜中包括有铋元素，保证所述磁光薄膜中存在较强的自旋轨道耦合作用。所述磁光薄膜中包括过渡族氧化物，所述过渡族氧化物用于为所述磁光薄膜提供磁性，保证所述磁光薄膜具有面外自发磁化特性。所述磁光薄膜表面形成有重金属薄膜阵列，所述重金属薄膜阵列用于利用自旋轨道转矩效应，基于施加的不同方向的电流改变所述磁光薄膜的面外磁化方向，无需通过外加磁场即可实现改变所述磁光薄膜中面外磁化方向，使得磁光器件具有高稳定性。本申请实施例所述的磁光器件可以兼顾现有的半导体微纳加工工艺，可以使得所述磁光器件具有微型化和集成化特点。
[0027]在本申请所提供的磁光控制系统中，电源通过金属引线向所述重金属薄膜阵列提供不同方向电流，所述重金属薄膜阵列利用自旋轨道转距效应，翻转磁光薄膜的面外磁化方向。本申请所提供磁光控制方法包括：控制外置偏振光透射穿过所述磁光薄膜；利用电源通过金属引线向所述重金属薄膜阵列提供不同方向电流，利用所述重金属薄膜阵列的自旋轨道转距效应改变磁光薄膜面外磁化方向；利用探测装置探测透射穿过所述磁光薄膜的所述外置偏振光的偏振面的旋转角变化，利用所述探测装置的探测结果反映磁光器件工作状态。因此，本申请提供的磁光器件、磁光控制系统及方法不需要通过外加磁场即可实现对磁光薄膜面外磁化方向的翻转，进而实现在室温以及室温以上的工作条件下，利用电控的方式实现对磁光器件的磁光响应的调控，具有集成化优势，可广泛应用于光存储，光通信以及光操控等领域。
附图说明
[0028]图1为一个实施例中磁光器件的结构图；
[0029]图2为一个实施例中磁光控制系统的结构图一；
[0030]图3为一个实施例中磁光控制系统图一；
[0031]图4为一个实施例中磁光控制系统图二；
[0032]图5为另一个实施例中磁光控制系统的结构图二；
[0033]图6为另一个实施例中磁光控制系统的结构图三；
[0034]图7为另一个实施例中磁光控制系统的结构图四。
[0035]附图标号：
[0036]磁光薄膜100；
[0037]附图标号：
[0038]磁光器件10；磁光薄膜100；绝缘衬底200；重金属薄膜阵列300；电源400；金属引线500；外置偏振光600；探测装置700；光纤800；底部电极900。
具体实施方式
[0039]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0040]本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁光器件，其特征在于，所述磁光器件包括：磁光薄膜(100)，所述磁光薄膜(100)的材料包括含铋元素的过渡族金属氧化物；绝缘衬底(200)，所述磁光薄膜(100)外延生长在所述绝缘衬底(200)上；所述磁光薄膜(100)表面形成有重金属薄膜阵列(300)，所述重金属薄膜阵列(300)用于基于施加的不同方向的电流改变所述磁光薄膜(100)的面外磁化方向。2.根据权利要求1所述的磁光器件，其特征在于，所述过渡族金属氧化物包括3d过渡族金属氧化物。3.根据权利要求1所述的磁光器件，其特征在于，所述磁光薄膜(100)的厚度小于100纳米。4.根据权利要求1所述的磁光器件，其特征在于，所述磁光薄膜(100)通过激光脉冲沉积方法外延生长在所述绝缘衬底(200)上。5.根据权利要求1所述的磁光器件，其特征在于，所述磁光薄膜(100)通过液相外延方法外延生长在所述绝缘衬底(200)上。6.根据权利要求1所述的磁光器件，其特征在于，所述重金属薄膜阵列(300)中的金属元素包括铂、钽和铋。7.一种磁光控制系统，其特征在于，所述磁光控制系统包括如权利要求1
‑
6所述的磁光器件、以及电源(400)和金属引线(500)，其中：所述电源(400)，用于提供电流；所述金属引线(500)，分别与重金属薄膜阵列(300...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐坤，朱静，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：