摘要
信息技术的快速发展要求微电子器件能够具有更高的存储密度、更快的运算速度以及更低的运行功耗。为此，人们对利用半导体和铁磁薄膜来开发新的功能电学和光学器件产生浓厚的兴趣，光和磁性的相互作用提供了一个新颖技术的思路，二维材料和磁性材料异质结是构造下一代自旋存储和逻辑器件的重要材料。基于自旋轨道转矩效应（SOT）的电流驱动磁化翻转是实现低功耗自旋存储器件的重要手段，也是近期自旋电子学领域的研究热点。目前人们已经通过电场有效调控降低临界磁化翻转电流密度，并显著提高 SOT 效率，然而，光场作为一种重要的低功耗物理调控手段，其对超薄膜中磁性调控的报道较少，特别是通过光场调控磁化翻转和 SOT 效率的实验报道极少。本论文中我们通过磁控溅射方法制备了具有垂直磁各向异性的 Ta/Pt/Co/Ta 多层膜，并将二维材料转移到 Ta/Pt/Co/Ta 器件上，通过加光，对其结构、磁性以及电输运性质进行了研究，主要研究内容和结论如下： （1）通过磁控溅射方法优化出具有良好垂直磁各向异性的Ta/Pt/Co/Ta多层膜，对其垂直各向异性、反常霍尔效应、SOT转矩以及电流驱动磁化翻转等进行了研究。随着铁磁Co层厚度增加，Ta/Pt/Co/Ta多层膜的矫顽力和各向异性场逐渐减小，在Co厚度1.0nm样品中室温各向异性场数值超过1.2 T；Ta/Pt/Co(1.5nm)/Ta样品SOT效率（ΔβDL）约为3.8 Oe/(106 A/cm2)，Ta/Pt/Co(1.2 nm)/Ta样品ΔβDL有所增加，达到5.3 Oe/(106 A/cm2)；通过施加面内方向磁场，实现了 SOT 驱动的电流诱导磁化翻转，临界翻转电流密度约为2×107A/cm2。 （2）将二维铁电半导体材料In2Se3薄膜转移到Ta/Pt/Co/Ta多层膜上，获得良好垂直磁各向异性的Ta/Pt/Co/Ta/In2Se3结构。发现光场对Ta/Pt/Co/Ta/In2Se3多层膜的矫顽力具有显著调控作用，且有较好重复性，其原因为铁电In2Se3半导体的光致伸缩效应和热效应共同作用结果，光场和热效应的贡献约为 1:1；同时发现光场可有效调控磁性异质结的自旋轨道转矩，光照后多层膜自旋轨道转矩明显增加，其SOT效率增加约为20%，其物理机制为二维铁电In2Se3材料光致收缩效应通过逆压电效应引起磁性金属Co晶格常数变化导致。 （3）将二维光响应材料In2S3薄膜转移到Ta/Pt/Co/Ta多层膜上，实验观察到光照可有效降低Ta/Pt/Co/Ta/In2S3多层膜的矫顽力和各向异性场，并能调控磁性多层膜的SOT效率，其机制可能与光照导致In2S3中电子-空穴对增加有关。 综上所述，我们研究了 Ta/Pt/Co/Ta 多层膜的结构、磁性和电输运性质，优化出具有垂直磁各向异性的Ta/Pt/Co/Ta/In2Se3（In2S3）多层膜，实现了光场对Ta/Pt/Co/Ta/In2Se3 （In2S3）多层膜反常霍尔效应和自旋轨道转矩的调控。
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