新奇磁子量子效应及新型磁子器件

报告题目：新奇磁子量子效应及新型磁子器件

报告人：韩秀峰 研究员（中国科学院物理研究所 ）

报告时间：2022年10月21日 10:00--11:30

腾讯会议：759-003-074

摘要：磁有序系统中的自旋波及其量子化激元-磁激子(简称磁子)，像光波一样也具有波粒二象性，可以用来定向且长距离地传播自旋信息。然而，在过去长达近90年的时间里，具有应用价值且可与现有CMOS电路相互兼容和集成的层状垂直式微纳米尺度磁子型元器件却一直未能研发出来，是国际前沿的一个极具挑战性的未解难题。报告人及其团队近几年通过持续试验研究，在国际上率先采用室温亚铁磁钇铁石榴石Y3Fe5O12 (YIG)等磁性绝缘体作为磁性电极、非磁性金属Au/Pt或反铁磁绝缘体NiO/CoO等作为中间层、Pt作为电极，利用磁控溅射方法在Gd3Ga5O12 (GGG)和Y2Sc3Ga3O12 (YSGG)等单晶衬底上异质外延制备出了高质量的YIG/Au/YIG和YIG/Pt/YIG磁子阀、YIG/NiO/YIG和YIG/CoO/YIG磁子结、Pt/YIG/Pt磁子异质结(即磁子发生器和探测器)、YIG/NiO/Pt和YIG/CoO/Pt磁子异质结等关键磁子元器件。发现或提出了6种新奇的磁子量子效应：包括磁子阀效应(MVE)、磁子结效应(MJE)、磁子阻塞效应(MBE)、磁子非局域自旋霍尔磁电阻(MNSMR)效应、磁子共振隧穿(MRT)效应、磁子趋肤效应(MSE)等。还实验观测到并证实了其他2种磁学专家理论上预测的磁子转移力矩(MTT)效应和磁子媒介的电流拖拽(MECD)效应等。基于上述磁子量子效应调控的新型磁子器件，在微纳米尺度上可以构成纯电学调控的磁子发生器/探测器和电荷隔离器、磁子晶体管以及磁子流开关与调控等元器件，是未来发展第三大类无电荷流和无(或低)焦耳热的固态磁子学材料及磁子晶体管、逻辑、信息存储及处理的磁子型电路关键元件及器件物理基础。上述系列磁子学及其器件物理的研究进展，具有重要科学意义和应用价值。

简介：中科院物理所研究员、博导。1984年兰州大学物理系毕业、1993年在吉林大学获博士学位。1998至2002年先后在日本东北大学、美国新奥尔良大学和爱尔兰圣三一学院等处从事自旋电子学研究。2003年获国家杰出青年基金资助；2007年获国家基金委自旋电子学创新研究群体基金资助；2007年入选“新世纪百千万人才工程国家级人选”。现任国际学术期刊JMMM副主编、SPIN和Sensors等杂志编委。主要从事磁学、自旋电子学和磁子学研究；发表SCI学术论文400余篇；获中国发明和国际专利授权100余项；有国际学术会议邀请报告70余次；主编《自旋电子学导论》、参与撰写《Handbook of Spintronics》等4部专著。其研究团队与合作者迄今为止已发现、提出或实验观测到10种新奇自旋量子效应，包括：量子阱共振隧穿磁电阻(QW-TMR)、自旋相关库伦阻塞磁电阻(CBMR)、磁子阀效应(MVE)、磁子结效应(MJE)、磁子阻塞效应(MBE)、磁子非局域自旋霍尔磁电阻(MNSMR)效应、磁子转移力矩(MTT)效应、磁子共振隧穿(MRT)效应、磁子趋肤效应(MSE)、和磁子辅助的电流拖拽(MECD)效应等。研制出10余种新型自旋电子学和磁子学原型器件，包括：纳米环和纳米椭圆环磁随机存储器(STT-MRAM)原型器件或演示芯片；纳米环自旋振荡器/自旋微波探测器、纳米环自旋随机数字发生器、非易失性多功能可编程SOT自旋逻辑和SOT自旋存储器、自旋共振隧穿二极管、自旋发光二极管等原型器件；一种高灵敏度低噪声TMR磁敏传感器中试器件；一类新型磁子阀、磁子结和磁子发生器/探测器等。获2013年北京市科学技术一等奖、2018年亚洲磁学联盟奖(AUMS Award 2018)。