阅读说明：本技术 一种测量磁隧道结自旋相关塞贝克系数的方法 (Method for measuring magnetic tunnel junction spin correlation seebeck coefficient ) 是由 吴琼 其他发明人请求不公开姓名 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隧道结自旋相关塞贝克系数的方法,包括以下步骤：在磁隧道结样品表面镀一层Al薄膜激发层,以飞秒激光作为测试光源,激光脉冲打在Al激发层,测量磁隧道结在高电阻态时(AP)的电压(V-(AP))与低电阻态时(P)的电压(V-P)；通过仿真软件,利用有限元法模拟激光在样品中的热传导过程,计算得到磁隧道结自由层与参考层的温度差(ΔT-(MTJ))；根据公式ΔS-(MTJ)=(V-(AP)-V-P)/ΔT-(MTJ),计算得到自旋相关的塞贝克系数,本发明的测量手段更加简单快捷,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 magnetic tunnel junction spin correlation seebeck coefficient, which comprises the following steps: plating an Al film excitation layer on the surface of a magnetic tunnel junction sample, taking femtosecond laser as a test light source, striking the Al excitation layer with laser pulses, and measuring the voltage (V) of the magnetic tunnel junction in a high-resistance state (AP) AP ) And voltage (V) at low resistance state (P) P ) (ii) a Simulating the heat conduction process of laser in a sample by using a finite element method through simulation software, and calculating to obtain the temperature difference (delta T) between the free layer and the reference layer of the magnetic tunnel junction MTJ ) (ii) a According to the formula Δ S MTJ =(V AP ‑V P )/ΔT MTJ And the spin-related Seebeck coefficient is obtained by calculation, the measuring method is simpler and faster, the generation of other secondary effects is avoided, and the measurement is more accurate.)

一种测量磁隧道结自旋相关塞贝克系数的方法

技术领域

本发明涉及一种测量磁隧道结自旋相关塞贝克系数的方法，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。目前为了测量磁隧道结中的自旋相关塞贝克系数，通常是在磁隧道结表面镀一层绝缘层，再在该绝缘层之上镀一层加热电阻层，通过电阻加热层，在磁隧道结两端产生温度差，同时测量磁隧道结在不同电阻态下的电压，并计算得到磁隧道的自旋相关塞贝克系数。但此方法存在两个弊端，一是需要在磁隧道结两端额外镀两层膜，增加了磁隧道结的复杂性；二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，有效了避开了测量过程的两个弊端，并结合虚拟仿真手段获得磁隧道结的自旋相关塞贝克系数。

发明内容

本发明的目的提供一种测量磁隧道结自旋相关塞贝克系数的方法，

本发明提供的测量磁隧道结自旋塞贝克系数的方法，包含以下步骤：

（1）：首先在磁隧道结样品表面镀一层Al薄膜作为激发层，以飞秒激光作为测量光源，激光脉冲打在Al激发层，测量磁隧道结在高电阻态时（AP）的电压(V_AP)与低电阻态时(P)的电压(V_P)；

（2）：通过仿真软件，利用有限元法模拟激光在样品中的热传导过程，计算得到磁隧道结自由层与参考层的温度差（ΔT _MTJ）；

(3)：自旋相关塞贝克系数计算：根据公式ΔS _MTJ=(V_AP-V_P)/ΔT _MTJ，计算得到自旋相关的塞贝克系数。

具体的，步骤（1）中所述的Al激发层薄膜的厚度为80nm~100nm，所述激光为飞秒脉冲激光，激光强度为1mW~100mW，光斑大小为5μm~20μm；

具体的，步骤（1）中所述的磁隧道结由自由层、参考层、绝缘层，以及保护层和连接层组成，以Ru, Ta, Cu等的一层或多层作为保护层，以Cu, Ta和CuN等的一层或多层作为连接层，磁隧道结的TMR为70%~150%；

具体的，步骤（1）中所述的测量方法，使用Keithley 2400作为测量仪器，测量激光脉冲下的磁隧道结在不同阻态时的电压。

具体的，步骤（2）中所述的仿真软件为Comsol等有限元仿真软件，计算得到磁隧道结自由层与参考层的温度差（ΔT _MTJ）。

与目前采用电阻加热法测量磁隧道结中的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隧道结的自旋相关塞贝克系数，测量手段更加简单快捷，并且避免了其他次生效应的产生，测量更加准确。

附图说明

图1样品的测量示意图。

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1：一种测量磁隧道结自旋相关塞贝克系数的方法，包括以下步骤：

以测量200 nm×300 nm的磁隧道结自旋相关塞贝克系数为例，其TMR为120%，磁隧道结的自由层与参考层为CoFeB，绝缘层为MgO，保护层为Cu，连接层为CuN，在磁隧道结上表面镀一层100nm的Al激发层薄膜，采用为飞秒脉冲激光作为热源，激光强度为50mW，光斑大小为5μm，激光光斑打在磁隧道结正上方，测量示意图如图1所示，使用Keithley 2400测量在激光激发状态下磁隧道结两端的电压值，通过改变磁场大小，测量得到磁隧道结在高电阻态时（AP）的电压（V_AP=20.1μV）和低电阻态下的电压(V_P=13.2μV)。

通过利用有限元法模拟激光在样品中的热传导过程，计算得到磁隧道结自由层与参考层的温度差（ΔT _MTJ= 40mK）,通过公式计算得到磁隧道结自旋相关塞贝克系数ΔS _MTJ=(V_AP-V_P)/ΔT _MTJ=（20.1-13.2）/0.04=172.5 μV/K。

实施例2：一种测量磁隧道结自旋相关塞贝克系数的方法，包括以下步骤：

以测量100 nm×200 nm的磁隧道结自旋相关塞贝克系数为例，其TMR为85%，磁隧道结的自由层与参考层为CoFeB，绝缘层为MgO，保护层为Cu，连接层为CuN，在磁隧道结上表面镀一层90nm的Al激发层薄膜，采用为飞秒脉冲激光作为热源，激光强度为100mW，光斑大小为10μm，激光光斑打在磁隧道结正上方，使用Keithley 2400测量在激光激发状态下磁隧道结两端的电压值，通过改变磁场大小，测量得到磁隧道结在高电阻态时（AP）的电压（V_AP=18.3μV）和低电阻态下的电压(V_P=8.5μV)。

通过利用有限元法模拟激光在样品中的热传导过程，计算得到磁隧道结自由层与参考层的温度差（ΔT _MTJ= 73mK）, 通过公式计算得到磁隧道结自旋相关塞贝克系数ΔS _MTJ=(V_AP-V_P)/ΔT _MTJ=（18.3-8.5）/0.073 =134.2 μV/K。