布里渊光散射装置的搭建和磁性薄膜中磁振子动力学研究

摘要

一直以来，传统的微电子学都倾向于对电子电荷属性的研究，利用电场对电子电荷进行调控，以实现信息的处理与传输。然而电子的另外一项重要内禀属性——自旋，却没有得到足够的重视。如今，随着科学技术的不断发展，电子器件尺寸越来越小，传统集成电路中集成度与能耗的矛盾越来越突出，于是人们开始将视线转向自旋。通过对自旋波振幅及相位的处理也许能够提供一种新的低功耗的信号处理和计算方案。于是对微观体系中电子自旋的研究逐渐兴起，自旋电子学作为一门研究自旋的产生、传输与控制的学科也应运而生。如今，自旋电子学已成为科学界的一个热门学科，同时自旋电子器件也有望代替微电子器件，引领未来信息技术的新风潮。
　　与晶体材料中的声子类似，自旋波是对磁有序系统中自旋低激发态集体性行为的描述，其量子化单元称磁振子。磁振子的色散关系受交换作用、各向异性及饱和磁化强度等材料参数的影响。与声子不同，自旋波突出的特点是其传播的方向受磁化方向的影响。
　　布里渊光散射是指由于入射光子与材料中的磁振子发生相互作用进而导致散射光发生频率变化的非弹性散射。它是当前通过测量非弹性散射光来了解材料性质的一种有效方式。将高功率的激光直接打到样品上，然后对散射光和入射光之间的频率差异进行分析。其优点在于能够直接得到磁振子的波矢及能量，且能够实现多自由度灵活测量、宽频频率分辨、局域空间分辨。高精度的频率分辨主要由串联式法布里珀罗干涉仪实现，而局域空间分辨可通过高放大倍数的物镜，将光斑的大小控制在微米范围来实现。利用布里渊光散射方法，对气体、液体和固体皆可进行研究，如利用非接触手段测量液体或有机材料中的声子性质。在自旋电子学中，布里渊光散射方法被广泛用于测量自旋波的特性，尤其是自旋波频率和色散关系。布里渊光散射技术经过几十年的发展，现可分:传统反向散射、传统向前散射、空间分辨显微布里渊光散射及时间分辨显微布里渊光散射。
　　本论文的主要工作之一是布里渊光散射装置的搭建。在购买的串联式法布里-珀罗干涉仪基础上，根据实验上的需求设计并搭建了所需的光路系统，并对该干涉仪和显微光路系统进行了调试使其可以满足我们的实验需要。
　　本毕业论文的另一项重要工作是在搭建的装置上通过布里渊光散射技术进行对磁性薄膜中的磁振子的测量。与微波测量等方法不同，通过布里渊光散射方法对散射光进行频谱分析，可以直接得到材料中局域特定波矢磁振子的色散关系及其强度。本文在室温条件下，采用532nm激光，利用150mm透镜聚焦，通过串联式法布里珀罗干涉仪，测量了不同结构的样品中静磁表面波磁振子随入射方向及磁场大小变化的情况。介于本文研究对象为不透明样品，所以采用反向的散射方法，即收集的是原路返回的散射光。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．1 磁性

1．1．2 静磁能

1．1．3 一致进动和铁磁共振

1．1．4 自旋波

1．2 光散射

1．2．1 拉曼散射

1．2．2 布里渊散射(Brillouin Scattering)

1．3 Dzyaloshinskii-Moriya相互作用

1．4 本论文的研究动机以及研究内容

第二章 布里渊光散射装置的搭建

2．1 前言

2．2 布里渊光散射装置

2．2．1 激光器与滤波器

2．2．2 法布里-珀罗干涉仪

2．2．3 布里渊光散射的光散射几何结构

2．3．1 实验方案设计

2．3．2 实验光路设计

2．3．3 仪器操作

2．3．4 结果与讨论

第三章 样品的制备技术和表征方法

3．1．1 磁控溅射沉积技术

3．1．2 磁控溅射仪器

3．2．1 铁磁共振测量系统

3．2．2 X射线衍射仪

3．2．3 交变梯度磁强计

3．2．4 台阶仪

第四章 磁性薄膜的动力学研究

4．1．1 衬底的处理

4．1．2 材料的选择

4．1．3 样品的生长和退火处理

4．2 磁性薄膜的布里渊光散射测量

4．2．1 布里渊光散射测量

4．2．2 布里渊光散射谱对外磁场的依赖性

4．2．3 布里渊光散射谱对入射角的依赖性

4．3 磁性薄膜的铁磁共振测量

4．4 结论

第五章 总结与展望

5．1 本论文的主要工作以及成果

5．2 未来工作的展望

参考文献

致谢

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