一种磁性纳米线上热脉冲激发装置和测量方法

1.本发明涉及一种磁性纳米线上热脉冲激发装置和测量方法，属于测量和传感技术领域。


背景技术：

2.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。为了获得较大的温度梯度或热流，目前采用的主要方法为电阻加热和激光加热，对于电阻加热，由于需要通入电流，并产生磁场，对磁性薄膜的磁矩产生影响，影响测量结果；其次使用激光加热法，由于激光加热能产生较大的热脉冲，相关的专利也已经申请，但是激光较热需要激光设备，价格较高，由一定的威胁性；因此，本申请提出了利用材料本身的性质，即利用磁热材料在加磁场过程中，能够吸收和放出热量的特性，用于产生温度梯度和脉冲，该方案不会产生次级效应，也不需要复杂昂贵的方法，此外本申请也利用塞贝克效应测量热脉冲大小的方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的提供一种磁性纳米线上热脉冲激发装置和测量方法，激发装置由以下部分构成：磁性纳米线由[fm/cu/fm]n多层膜、两端的正负电极，正电极镀一层正常或者反常磁热材料，对应的负电极上镀一层反常或正常磁热材料，即正电极上为正常磁热材料，负电极上为反常磁热材料，而正电极上为反常磁热材料，负电极上为正常磁热材料，磁性纳米线和电极都位于si基底之上；测量原理与方法为：在磁性纳米线上，施加脉冲磁场，由于磁热效益，正常磁热材料放出热量，反常磁热材料吸收热量，从而在沿着纳米线方向形成热脉冲，由于塞贝克效益在正负电极产生热电压，根据公式δt=δv/s，s为磁性纳米线的塞贝克系数，δv为热电压，由此计算得到热脉冲的大小δt。
[0004]
具体的，步骤（1）中所述的磁性纳米线[fm/cu/fm]n中，fm为co, cofeb，cofe和coni铁磁性薄膜的一种或多种，n大于等于2，所述的磁性纳米线的宽度为50nm~1000 nm, 长度为1μm~10μm,所述的正负电极的材料为pt，cu, cun和au的一种或多种，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具有相同的工作温度，厚度为10 um-2mm。
[0005]
具体的，步骤（1）中所述的磁场大小为0. 1 t-5 t，脉冲宽度为0.1s-2s，间隔为0.5s-2s，所加磁场方向垂直于纳米线方向，电压测量仪器为纳米电压计（nanovoltage meter）。
[0006]
与目前采用电阻和激光产生热脉冲的方法，本发明本申请提出了利用材料本身的性质，即利用磁热材料在加磁场过程中，能够吸收和放出热量的特性，用于产生温度梯度和脉冲，该方案不会产生次级效应，也不需要复杂昂贵的方法，热脉冲的测量方法也较为简单。
附图说明
[0007]
图1 测量磁性纳米线上热脉冲激发和测量装置的示意图。
具体实施方式
[0008]
下面结合具体实施方式及对比例对本发明作进一步阐述。
[0009]
实施例1：磁性纳米线上热脉冲激发装置和测量方法, 以激发和测量磁性纳米线[co/cu/co]
80
的热脉冲为例，磁性纳米线的宽度为200 nm, 长度为1.5 μm，位于si基底上，正负电极为au电极与磁性纳米线直接相连，正电极上方镀一层厚度为10um的正常磁热材料lafesi，磁熵变为-4.1 j
∙
/kg
∙
k(2t)，居里温度为300.5 k, 负电极上镀一层10um反常磁热材料pr
0.6
sr
0.4
mno3, 磁熵变为 2.8 j
∙
/kg
∙
k (2t),居里温度为301.3k,两种材料都具有较大的磁熵变，具体装置如图1所示；在301k时，将磁性纳米线装置，放入磁场中，施加脉冲磁场，磁场垂直于纳米线方向，磁场大小为0.5 t, 时间为0.5s,利用纳米电压表测量得到瞬时电压变化，最大电压值为δv=18.2 uv，由文献知道[co/cu/co]n的塞贝克系数s=15.5 uv/k,所以磁场在纳米线上激发了最大为δt=1.17 k的温度梯度，即热脉冲, 进一步加大磁场，当磁场大小为2t时，产生了δv=36.3 uv，热脉冲δt=2.3 k，而磁场加大到5t时，热电压为δv=45.7 uv，温度梯度为δt=2.95 k，随着磁场的增大，温度梯度并非线性增加，这是由于磁热材料的磁熵变与磁场也是非线性的,同时也与磁场施加的速率有关。
[0010]
实施例2：以激发和测量磁性纳米线[cofe/cu/cofe]
60
的热脉冲为例，磁性纳米线的宽度为300 nm, 长度为2.5 μm，位于si基底上，正负电极为pt电极与磁性纳米线直接相连，正电极上方镀一层厚度为5 um的正常磁热材料lafesi，磁熵变为-4.1 j
∙
/kg
∙
k(2t)，居里温度为300.5 k，负电极上镀一层5 um反常磁热材料pr
0.6
sr
0.4
mno3, 磁熵变为 2.8 j
∙
/kg
∙
k (2t),居里温度为301.3k，两种材料都具有较大的磁熵变；在301k时，将磁性纳米线装置，放入磁场中，施加脉冲磁场，垂直于纳米线方向，磁场大小为0.5t, 时间为0.5s,利用纳米电压表测量得到瞬时电压变化，最大电压值为δv=15.2 uv，由文献知道[cofe/cu/cofe]n的塞贝克系数s=14.0 uv/k,所以磁场在纳米线上激发了最大为δt=1.08 k的温度梯度，即热脉冲, 进一步加大磁场，当磁场大小为2 t时，产生了δv=33.5 uv，热脉冲δt=2.4 k，而磁场加大到5t时，热电压为δv=43.6 uv，温度梯度为δt=3.11 k。


技术特征：
1.一种磁性纳米线上热脉冲激发装置和测量方法, 其特征在于激发装置由以下部分构成：磁性纳米线由[fm/cu/fm]
n
多层膜、两端的正负电极，正电极镀一层正常或者反常磁热材料，对应的负电极上镀一层反常或正常磁热材料，即正电极上为正常磁热材料，负电极上为反常磁热材料，而正电极上为反常磁热材料，负电极上为正常磁热材料，磁性纳米线和电极都位于si基底之上；测量原理与方法为：在磁性纳米线上，施加脉冲磁场，由于磁热效益，正常磁热材料放出热量，反常磁热材料吸收热量，从而在沿着纳米线方向形成热脉冲，由于塞贝克效益在正负电极产生热电压，根据公式δt=δv/s，s为磁性纳米线的塞贝克系数，δv为热电压，由此计算得到热脉冲的大小δt。2.根据权利要求书1所述的测量原理与方法，其特征在于所述的磁性纳米线[fm/cu/fm]
n
中，fm为co, cofeb，cofe和coni铁磁性薄膜的一种或多种，n大于等于2，所述的磁性纳米线的宽度为50nm~1000 nm, 长度为1μm~10μm,所述的正负电极的材料为pt，cu, cun和au的一种或多种，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具有相同的工作温度，厚度为10 um-2mm。3.根据权利要求书1所述的原理与方法，其特征在于所述的磁场大小为0. 1 t-5 t，脉冲宽度为0.1s-2s，间隔为0.5s-2s，所加磁场方向垂直于纳米线方向，电压测量仪器为纳米电压计（nanovoltage meter）。

技术总结
本发明公开了一种磁性纳米线上热脉冲激发装置和测量方法，提出了利用磁性材料本身的性质，即利用磁热材料在加磁场过程中，能够吸收和放出热量的特性，用于产生温度梯度和脉冲，该方案不会产生次级效应，也不需要复杂昂贵的设备，此外本申请也利用塞贝克效应测量热脉冲大小的方法，操作简单。操作简单。操作简单。


技术研发人员：杨杭福 丁仿弘 华思昊 吴琼 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：2022/6/1