阅读说明：本技术 一种测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法 (Method for measuring spin Seebeck coefficient of magnetic nanowire ) 是由 杨杭福 泮敏翔 杨方宗 黄霞妮 吴琼 葛洪良 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法,包括以下步骤：将磁性纳米线置于电阻加热平台之上,分别测量得到铂电极Pt1与Pt2的温度电阻系数；用飞秒激光或者皮秒激光聚焦在铂,Pt1或者Pt2电极表面,测量铂电极Pt1和Pt2的电阻,由测得的Pt1与Pt2温度电阻系数,计算得到铂电极Pt1和Pt2的温度,并计算得到Pt1和Pt2之间的温度差ΔT；通过改变施加在磁性纳米线上的磁场,测量得到磁性纳米线上磁性薄膜磁矩在反平行态(AP)和平行态时(P)的电势,计算得到磁性纳米线的自旋塞贝克系数。本发明的测量手段更加简单快捷,产生的温度梯度更加大,并且避免了其他次生效应的产生,测量更加准确。(The invention discloses a method for measuring a spinning Seebeck coefficient of a magnetic nanowire, which comprises the following steps: placing the magnetic nanowires on a resistance heating platform, and respectively measuring the temperature resistance coefficients of the platinum electrodes Pt1 and Pt 2; focusing femtosecond laser or picosecond laser on the surface of a platinum, Pt1 or Pt2 electrode, measuring the resistance of the platinum electrodes Pt1 and Pt2, calculating the temperature of the platinum electrodes Pt1 and Pt2 according to the measured temperature resistance coefficient of the Pt1 and Pt2, and calculating the temperature difference delta between the Pt1 and the Pt2 T (ii) a And measuring the potential of the magnetic moment of the magnetic film on the magnetic nanowire in an antiparallel state (AP) and a parallel state (P) by changing the magnetic field applied to the magnetic nanowire, and calculating to obtain the spin Seebeck coefficient of the magnetic nanowire. The measuring method is simpler and faster, the generated temperature gradient is larger, other secondary effects are avoided, and the measurement is more accurate.)

一种测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法

技术领域

本发明涉及一种测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法，属于测量和传感技术领域。

背景技术

自旋电子学和热电学在磁性纳米结构中的结合，可用于开发未来的基于纯自旋的器件，并将其应用于传感和磁数据存储中。最新发现表明通过热梯度能够产生纯自旋流，促进了自旋热电子学这一新兴领域。但是，仍然需要对纳米级磁性结构中的热电电压信号有深刻的了解。

自旋相关塞贝克系数是自旋热电子学里的重要研究内容，如何准确测得该系数是该研究的难点。目前为了测量磁性纳米线中的自旋相关塞贝克系数，通常是在纳米线两端镀一层加热电阻层，通过电阻加热层，在纳米线两端产生温度差，同时测量纳米线在不同电阻态下的电压，并计算得到磁性纳米线的自旋相关塞贝克系数。但此方法存在三个弊端，一是需要在磁性纳米线两端额外镀两层电阻加热膜，增加了磁性纳米线的复杂性；二、由于是电阻丝加热，形成的温度差有限，三是电阻加热过程会带来其他次生效应，如加热电流所产生的额外磁场等，因此本发明提出了采用激光加热的方法，有效避开了测量过程的三个弊端。

发明内容

本发明的目的提供一种基于磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法，磁性纳米线由[FM/Cu/FM]_n多层膜以及两端的铂电极薄膜Pt1和Pt2组成，磁性纳米线位于SiO₂基底之上，所述的自旋塞贝克系数测量包含三个步骤：

（1）：铂电极温度传感器校准：将磁性纳米线置于电阻加热平台之上，分别测量得到铂电极Pt1与Pt2的温度电阻系数；

（2）：磁性纳米线两端温度差的测量：采用飞秒激光或者皮秒激光聚焦在铂Pt1或者Pt2电极表面，测量铂电极Pt1和Pt2的电阻，由步骤1测得的Pt1与Pt2温度电阻系数，计算得到铂电极Pt1和Pt2的温度，并计算得到Pt1和Pt2之间的温度差ΔT；

（3）：自旋相关塞贝克系数的测量：通过改变施加在磁性纳米线上的磁场，测量得到磁性纳米线上磁性薄膜磁矩在反平行态(AP)和平行态时(P)的电势V_AP和V_P,根据公式ΔS=(V_AP-V_P)/ΔT，计算得到磁性纳米线的自旋塞贝克系数。

具体的，步骤（1）中所述的磁性纳米线[FM/Cu/FM]_n中FM为Co,CoNi和NiFe等铁磁性薄膜的一种，n大于等于2，所述的磁性纳米线的宽度为100nm~500 nm, 长度为1μm~5μm,所述的铂电极Pt1和Pt2薄膜形状为方形，大小为10μm×10μm，铂电极与磁性纳米线之间的距离为10nm~20nm。

具体的，步骤（1）中所述的电阻加热平台，电阻加热丝为钨丝，直径为2 mm，使用的电阻温度测温器件为Pt100，电阻加热平台能达到的温度为100 ^oC，Pt电极的电阻测量仪器为Keithley 2400。

具体的，步骤（2）中所述的激光为飞秒或皮秒脉冲激光，激光强度为1mW~10mW，光斑大小为5μm~7μm，光斑聚焦于铂电极的中心，在激光加热条件下，使用Keithley 2400测量铂电极Pt1和Pt2的电阻。

具体的，步骤（3）中所述的磁性纳米线电势V_AP和V_P的测量器件为Keithley 2400。

与目前采用电阻加热法测量磁性纳米线自旋相关塞贝克系数相比，本发明所采用的激光加热法测量磁性纳米线的自旋相关塞贝克系数，在纳米线两端形成的温度梯度更加大，测量手段也更加简单，同时避免了其他次生效应的产生，测量更加准确。

附图说明

图1测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式及对比例对本发明作进一步阐述。

实施例1：一种测量磁性纳米线自旋塞贝克系数的方法, 以测量磁性纳米线[Co/Cu/Co]₁₀₀的自旋塞贝克系数为例，磁性纳米线的宽度为500 nm, 长度为1.2 μm，两端的铂电极薄膜Pt1和Pt2大小为10μm×10μm，铂电极与磁性纳米线之间的距离为15 nm，磁性纳米线和铂电极都位于SiO₂基底之上，整个样品如图1所示，其自旋塞贝克系数的测量过程包括以下步骤：

（1）：铂电极温度传感器校准：将磁性纳米线置于加热电阻加热平台之上，电阻加热丝为钨丝，直径为2 mm，使用的电阻温度测温器件为Pt100，电阻加热平台能达到的温度为100 ^oC, 使用Keithley 2400铂电极Pt1与Pt2的在不同温度下的电阻，计算得到Pt1与Pt2的电阻温度系数；

（2）：磁性纳米线两端温度差的测量：采用飞秒激光聚焦在铂Pt2电极表面，测量铂电极Pt1和Pt2的电阻，激光强度为50 mW，光斑大小为5μmμm，光斑聚焦于铂电极Pt2的中心，使用Keithley 2400测量Pt1和Pt2的电阻，根据步骤1测得的Pt1与Pt2温度电阻系数，计算得到铂电极Pt1和Pt2的温度，并计算得到Pt1和Pt2之间的温度差ΔT=8.2 K；

(3)：自旋相关塞贝克系数的测量：通过改变施加在磁性纳米线上的磁场，使用Keithley 2400测量得到磁性纳米线上磁性薄膜磁矩在反平行态(AP)和平行态时(P)的电势V_AP=127.5 μV和V_P=73.1 μV,根据公式ΔS=(V_AP-V_P)/ΔT，得到磁性纳米线的自旋塞贝克系数为6.6μV /K。