杨萌 白鹤 李刚 朱照照 竺云 苏鉴 蔡建旺

1) (天津师范大学物理与材料科学学院, 天津 300387)

2) (中国科学院物理研究所, 北京凝聚态物理国家研究中心, 磁学国家重点实验室, 北京 100190)

垂直磁各向异性稀土-铁-石榴石纳米薄膜在自旋电子学中具有重要应用前景.本文使用溅射方法在(111)取向掺杂钇钪的钆镓石榴石(Gd0.63Y2.37Sc2Ga3O12, GYSGG)单晶衬底上外延生长了2—100 nm 厚的钬铁石榴石(Ho3Fe5O12, HoIG)薄膜, 并进一步在HoIG 上沉积了3 nm Pt 薄膜.测量了室温下HoIG 的磁各向异性和HoIG/Pt 异质结构的自旋相关输运性质.结果显示, 厚度薄至2 nm 的HoIG 薄膜(小于2 个单胞层)在室温仍具有铁磁性, 且由于外延应变, 2—60 nm 厚HoIG 薄膜都具有很强的垂直磁各向异性, 有效垂直各向异性场最大达350 mT; 异质结构样品表现出非常可观的反常霍尔效应和“自旋霍尔/各向异性”磁电阻效应, 前者在HoIG 厚度小于4 nm 时开始缓慢下降, 而后者当HoIG 厚度小于7 nm 时急剧减小, 说明相较于反常霍尔效应, 磁电阻效应对HoIG 的体磁性相对更加敏感; 此外, 自旋相关热电压随HoIG 厚度减薄在整个厚度范围以指数方式下降, 说明遵从热激化磁振子运动规律的自旋塞贝克效应是其主要贡献者.本文结果表明HoIG 纳米薄膜具有可调控的垂直磁各向异性, 厚度大于4 nm 的HoIG/Pt 异质结构具有高效的自旋界面交换作用, 是自旋电子学应用发展的一个重要候选材料.

1 引 言

石榴石结构铁氧体磁性材料自1956 年被发现以来, 已广泛地应用于微波、磁光器件[1].近年来,以自旋波或磁振子为核心的自旋电子学……