一种磁隧道结中交流热电压的激发与测量方法

1.本发明涉及磁性材料和测量方法技术领域，具体涉及一种磁隧道结中交流热电压的激发与测量方法。


背景技术：

2.近年来，由于自旋热电子学的快速发展，由热流产生的电压受到重视。磁隧道结时作为重要的传感器器件和存储器件，由于自旋塞贝克效应的发现，为热电转换提供了新的思路。目前，热流的产生通常采用电阻薄膜加热或者激光加热，对于电阻加热，由于需要镀一层加热薄膜，并施加一个加热电流，从而产生一个温度梯度，但是加热过程会带来额外的磁场，影响测量的精度，而通过激光加热，会产生热电子，产生的热电子也会影响磁性的薄膜的磁矩，降低热电压测量的精度，同时激光设备不易移动，给测量和校准带来不便。
3.本申请提出了一种利用正常和反常两种磁热材料的磁热效应，产生较大的温度梯度，由于只需要一个磁场，而测量磁隧道结磁电阻本身就需要一个磁场，因此整个过程并不会带来其他效应的干扰，测量过程变得更加简单，本发明为产生磁隧道结的热电压提供了一个全新的方法；此外由于磁热材料在施加和撤去磁场的过程中，能放出热量和吸收热量，进而产生正负两个方向的温度梯度，因而获得正负两个电压，能更加方便地研究自旋塞贝克效应。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为克服现有技术的不足,提供一种磁隧道结中交流热电压的激发与测量方法。
5.具体制备包括如下步骤：一种磁隧道结中交流热电压的激发与测量方法，包括以下步骤如下，为了获得较大的温度梯度，在隧道结下表面镀一层具有反常磁热效应的磁热材料，上表面镀一层具有正常磁热效应的磁热材料，通过施加脉冲磁场，由于磁热效应，正常磁热材料放出热量，反常磁热材料吸收热量，从而在磁隧道结上下表面形成正向温度梯度，同时由于塞贝克效应，磁隧道结两端产生正热电压，而撤去磁场时，正常磁热材料吸收热量，反常磁热材料吸收热量，从而在磁隧道结上下表面形成反向温度梯度，磁隧道结两端产生负电压，因此对磁隧道结施加和撤去磁场脉冲，能够在磁隧道结两端产生交流热电压脉冲。
6.具体的，步骤（1）所述的磁隧道结主要磁三明治结构和其他磁性辅助层，磁三明治结构包含两个铁磁性层和绝缘层，绝缘层为mgal2o4,mgo或al2o3的一种，其他磁性辅助层包含人工反铁磁层和金属电极层，磁隧道结的大小为100nm~1um。
7.具体的，步骤（1）所述的磁场大小为0. 01 t-0.2 t，脉冲宽度为5ms-1s，间隔为0.05s-1s，所加磁场方向为磁隧道结易磁化轴方向，使得两个磁性层的磁矩呈反平行排列。
8.与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：本发明利用磁热材料的磁热效应原理，通过施加磁场脉冲在磁隧道结两端形成温
度梯度，由于采用正常和反常两种磁热材料，能够产生较大的温度梯度和交流电压，该技术样品结构简单，测量容易，同时不像电阻加热和激光加热带来其他因素的影响。
附图说明
9.图1磁隧道结中脉冲交流热电压激发的装置示意图。
10.图2磁场脉冲和磁隧道结两端激发交流热电压。
具体实施方式
11.实施例1一种磁隧道结中交流热电压的激发与测量方法法，包括以下步骤：1.首先在衬底si上磁控溅射0.5mm厚的具有反常磁热效应的磁性材料薄膜，在反常磁热材料上通过磁控溅射和光刻蚀制备磁隧道结，大小为200nm
×
500nm，最后在磁隧道结上方通过磁控溅射制备具有正常磁热效应的磁热材料，厚度为1mm,这里正常磁热材料为lafesi磁热材料,反常磁热材料为钙钛矿锰氧化物la
1/3
ca
2/3
mno3磁热材料,两者的工作温度均在300k附近,具体结构如图1所示；2.将磁隧道结放入二维磁场中，根据测量磁隧道结300k时的磁电阻曲线（mr），确定磁隧道结的易磁化轴方向，根据测得mr曲线确定两个磁性层磁矩反平行排列时需要的磁场的大小和方向；3.利用电流源产生连续的脉冲电流，在二维磁场中产生脉冲磁场，大小为0.1t,方向为易磁化轴方向，磁场脉冲宽度为5ms,脉冲间隔为50ms;4.采用采样示波器测量得到磁隧道结两端产生交流热电压脉冲，大小为212uv,如图2所示。
12.实施例21.首先在衬底si上磁控溅射1mm厚的具有反常磁热效应的磁性材料薄膜，在反常磁热材料上通过磁控溅射和光刻蚀制备磁隧道结，大小为500nm
×
1000nm，最后在磁隧道结上方通过磁控溅射制备具有正常磁热效应的磁热材料，厚度为0.5mm,这里正常磁热材料为lafesi磁热材料,反常磁热材料为钙钛矿锰氧化物二元合金磁热材料,两者的工作温度均在290k附近；2.将磁隧道结放入二维磁场中，根据测量磁隧道结290k时的磁电阻曲线（mr），获得磁隧道结的易磁化轴方向，根据测得mr曲线确定两个磁性层磁矩反平行排列时需要磁场的大小和方向；3.利用电流源产生连续的脉冲电流，在二维磁场中产生脉冲磁场，大小为0.12t,方向为易磁化轴方向，磁场脉冲宽度为7ms,脉冲间隔为100ms;4.采用采样示波器测量得到磁隧道结两端产生交流热电压脉冲,大小为250uv。


技术特征：
1.一种磁隧道结中交流热电压的激发与测量方法，其特征在于包括以下步骤如下，为了获得较大的温度梯度，在隧道结下表面镀一层具有反常磁热效应的磁热材料，上表面镀一层具有正常磁热效应的磁热材料，通过施加脉冲磁场，由于磁热效应，正常磁热材料放出热量，反常磁热材料吸收热量，从而在磁隧道结上下表面形成正向温度梯度，同时由于塞贝克效应，磁隧道结两端产生正热电压，而撤去磁场时，正常磁热材料吸收热量，反常磁热材料放出热量，从而在磁隧道结上下表面形成反向温度梯度，磁隧道结两端产生负电压，因此对磁隧道结施加和撤去磁场脉冲，能够在磁隧道结两端产生交流热电压脉冲。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的磁隧道结主要磁三明治结构和其他磁性辅助层，磁三明治结构包含两个铁磁性层和绝缘层，绝缘层为mgal2o4,mgo或al2o3的一种，其他磁性辅助层包含人工反铁磁层和金属电极层，磁隧道结的大小为100nm~1um。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的正常磁热材料和反常磁热材料具有较大的磁热效应，磁热材料为lafesi体系,钙钛矿锰氧化物或者是多元合金的一种或多种，正常磁热材料和反常磁热材料的工作温度相同，厚度为1um-1mm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的磁场大小为0. 01 t-0.2 t，脉冲宽度为5ms-1s，间隔为0.05s-1s，所加磁场方向为磁隧道结易磁化轴方向，使得两个磁性层的磁矩呈反平行排列。

技术总结
本发明公开了一种磁隧道结中交流热电压的激发与测量方法，包括以下步骤：为了获得较大的温度梯度，在隧道结下表面镀一层具有反常磁热效应的磁热材料，上表面镀一层具有正常磁热效应的磁热材料，通过施加脉冲磁场在磁隧道结上下表面形成正反向温度梯度，从而产生交流热电压脉冲；该技术首次将磁热材料与自旋电子器件结合，样品结构简单，同时不像电阻加热和激光加热带来其他因素的影响。激光加热带来其他因素的影响。激光加热带来其他因素的影响。


技术研发人员：杨杭福 吴琼 华思昊 泮敏翔 俞能君 葛洪良
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2022.03.10
技术公布日：2022/5/30