表面声波诱导的Co_xTb_1-x铁磁薄膜磁性能调制

《Journal of Alloys and Compounds》：Surface acoustic waves-induced modulation of magnetic performance in Co xTb 1- x ferrimagnetic films

本研究探讨表面声波（SAWs）对Co_xTb_1-x铁磁体薄膜磁性质的影响，发现SAW频率与材料共振频率的不匹配及磁矩补偿点的SAW吸收抑制显著调控矫顽力，为低功耗自旋电子器件应用提供新思路。

　　

陆俊志|陈世伟|刘长江|曹翠梅|阿德南·汗|熊银农|曾光|周向青|卢家成|曾罗洲|罗伟|张月|梁世恒

中国湖北省武汉市湖北大学物理学院，教育部智能传感系统与安全重点实验室，邮编430062

摘要

利用表面声波（SAWs）来操控材料磁性是利用了磁声耦合效应，这种技术具有高效率、低功耗和传输距离长等显著优势。本研究探讨了SAWs对Co_xTb_1-x铁磁（FiM）薄膜磁性质的影响。研究结果表明，SAW频率与FiM共振频率在角动量上的不匹配，以及在磁矩补偿点处SAW吸收的减弱，在调节Co_xTb_1-x的矫顽力方面起着重要作用。这些发现强调了SAW调制在Co_xTb_1-x中的应用潜力，尤其是对于低功耗自旋电子器件的发展，特别是在磁存储和逻辑运算领域。

章节摘录

引言

铁磁（FiM）材料因结合了铁磁和反铁磁系统的优点（如非零净磁化和超快动态响应）而受到自旋电子器件开发的广泛关注。在FiM材料中，角动量补偿点和磁化补偿点附近的独特磁性质对于器件应用至关重要。在这个范围内，FiM系统表现出异常快的畴壁运动速度和超快响应特性。

方法

在本研究中，我们采用磁控溅射（AJA-ATC）技术在128°YX-LiNbO₃基底上沉积了具有垂直磁各向异性的多组分Co_xTb_1-x FiM薄膜。薄膜结构为分层排列：LiNbO₃/Pt（8?nm）/Co_xTb_1-x（7?nm）/Si₃N₄（2?nm）。溅射过程中，基础压力保持在3.2×10^-6Pa，沉积压力为0.4Pa。Co_xTb_1-x薄膜采用共溅射技术制备，其中Tb的生长功率设置为

结果与讨论

Co_xTb_1-x磁薄膜的磁滞回线如图1(b)所示，其中磁场（H_z）与垂直方向（+z）对齐。x表示FiM合金中Co的原子比例，角动量补偿点x_{a和磁化补偿点xm满足$\frac{M_A}{{\gamma }_{\mathrm{Co}}}+\frac{M_B}{{\gamma }_{\mathrm{Tb}}}=0$$M_{}+M_B\frac{=}{0}$，其中MA和MB分别定义为MA = x MCo和MB = –(1–x) MTb，MCo和MTb分别为Co和Tb的饱和磁化强度。}

图1(c)展示了

结论

本研究考察了SAWs对FiM Co_xTb_1-x薄膜的影响。结果表明，SAWs能够有效调节Co_xTb_1-x薄膜的矫顽力并加速磁畴壁的运动。研究还表明，SAWs对磁性质的影响很大程度上取决于FiM的成分。FiM共振频率与SAW频率在角动量补偿点上的显著不匹配，以及磁化补偿点处SAW吸收的减弱，都是影响磁性质的重要因素。

作者贡献声明

梁世恒：撰写 – 审稿与编辑，项目管理，概念构思。陈世伟：撰写 – 初稿撰写，形式分析，概念构思。张月：撰写 – 审稿与编辑，项目管理，实验研究，概念构思。陆俊志：撰写 – 初稿撰写，方法设计，形式分析，数据整理。罗伟：指导，形式分析，概念构思。曾罗洲：方法设计。卢家成：软件开发，方法设计。周向青：方法设计。曾光：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国国家重点研发计划（项目编号2022YFE0103300）、国家自然科学基金（项目编号12274119、12404131）、湖北省自然科学基金（项目编号2022CFA088）、国家自然科学基金（项目编号52401301）、中国博士后科学基金（项目编号2024M750982）以及松山湖材料实验室开放研究基金（项目编号2022SLABFN04）的支持。

利益冲突

作者声明没有