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西安交大科研人员成功实现小电压诱导大铁磁共振调制

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通讯技术的快速发展要求新一代的电子器件更加低功耗、微型化、可调节以及超快响应等。特别在是高频微波领域,具有这些特性的器件可以显著降低系统的体积、重量和能耗。作为未来通讯器件的基础,智能磁电材料的发展具有重要的意义。

钇铁石榴石(YIG)材料具有极低的共振线宽和微波损耗,自20世纪60年代首次合成以来,一直在高频微波领域发挥着无可替代的作用。YIG基磁电材料也在近年来成为YIG研究领域的一个热点。然而,由于YIG本身的磁致伸缩系数几乎为零,基于应力耦合机制的传统磁电耦合方式在YIG材料上取得的磁电调节率并不尽人意,严重限制了这些器件的实际应用。进一步提高YIG基磁电材料的调谐率成为了研究者们面对的一个难点。

   

近日,西安交通大学电信学院刘明教授课题组通过构建YIG/Cu/Pt异质材料,创新性地提出一个巧妙的界面调控机制,采用电极化离子液体的调控方式,成功将YIG电磁转换效率提高到390 Oe/V。第一性原理计算表明,离子液体加电压后引起的YIG和Cu界面处的电荷积聚,会引起Cu原子中电子云的畸变,当电压达到一定值后,Cu原子中会出现磁性。虽然这种磁性只在界面处存在,但是也足以引起YIG纳米薄膜磁性能的巨大变化。由于YIG在实用的微波器件以及基础的自旋电子学研究领域中无可替代的地位,这项调控技术为开发新的电压可调的微波和自旋电子元器件提供了崭新的思路。

该成果以“Ionic Modulation of Interfacial Magnetism in Light Metal/Ferromagnetic Insulator Layered Nanostructures” 为题发表在材料学国际知名期刊Advanced Functional Materials(IF=13.325),且被选为当期封面文章。该研究成果是由博士生关蒙萌、赵士舜在导师刘明教授和周子尧教授共同指导下完成的。材料学院闵泰教授团队青年教师王蕾博士作为共同第一作者负责其中的理论计算工作。

该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、西安交大分析测试中心的支持。

文章链接:https://doi.org/10.1002/adfm.201805592

【延伸阅读】

运用电场调控磁特性是当前自旋电子学研究热点方向之一,有重要的科学理论和工程实践意义。刘明教授团队长期在电控磁研究领域开展工作,特别是近两年开展了不同机制的界面处应力和电荷电控磁研究,探索了下一代柔性自旋电子材料与器件,开发了基于离子胶体的可调柔性自旋结构,上述成果为实现新型电压可调自旋电子器件和系统打下了坚实基础。2018年,团队以西安交通大学作为第一作者和通讯作者单位先后在高水平期刊上(影响因子大于12)发表文章9篇,包括:Nature Communications 1篇(被编辑选为亮点文章),Advanced Materials 4篇(其中1篇被选为卷首页,1篇被选为视频新闻,2篇被选为内封面),Advanced Functional Materials 1篇 (被选为封面),ACS Nano 2篇,Material Horizon 1篇,表明刘明团队在自旋电子材料与器件研究领域已走进了世界前列,并获得了国际同行的广泛认同。

刘明教授团队主页:http://mliu.xjtu.edu.cn/

2018-12-17
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