一种基于反铁磁自旋轨道扭矩的太赫兹探测器的制作方法

本发明是一种太赫兹探测器，具体涉及到利用铁磁材料施加微波磁场实现自旋注入，通过奈尔自旋轨道扭矩使反铁磁材料奈尔矢量自激震荡。

背景技术：

太赫兹波波段位于微波与红外波之间，技术上属于传统微波技术与光学技术的过渡，太赫兹波技术已经是当今世界科学发展中极其热门的研究方向之一，在医疗、安检、水检、通讯等方面具有重要的应用价值以及发展前景，被誉为“未来改变世界的十大关键技术之一”。近年来，随着集成电路的不断发展，对器件的速度、能耗等方面提出了更高的要求。太赫兹的高频特性和自旋电子学器件的低能耗特性的结合具有低功耗、高灵敏度、响应速度快的特点。本发明提出一种太赫兹探测器，利用铁磁材料在微波激发下，其自旋磁矩沿外加磁场方向产生进动，该自旋进动角动量传递至反铁磁层从而实现自旋从铁磁层到反铁磁层的注入，通过奈尔自旋-轨道扭矩使反铁磁材料奈尔矢量自激振荡。当外界太赫兹辐射入射到铁磁材料，通过锁相机制将太赫兹信号转换成反铁磁层对外表现的磁化强度。依据此方法制作太赫兹探测器通过全光手段实现太赫兹的探测，无需外加电源，具有可室温工作、响应速度快、易制备等优点。

技术实现要素：

本发明包括铁磁层通过铁磁共振实现自旋注入以及反铁磁自激振荡与太赫兹信号的锁相机制来实现太赫兹探测；

太赫兹探测器在衬底层1上依次有反铁磁金属层2、铁磁金属层3；

所述的衬底层1的材料为高阻硅si；

所述的反铁磁材料层2的反铁磁材料为：锰金合金mn2au，铜锰砷cumuas，其厚度范围为20-500nm；

所述的铁磁材料层3的材料为钴co，镍ni，铁fe或铁镍合金ni81fe19，其厚度范围为20-500nm；

所述的探测器结构以在太赫兹波段具有较高透过率的材料作为衬底，在其上沉积厚度为20-500nm的反铁磁金属层，而后沉积厚度为20-500nm的铁磁金属层。

其具体实现方法如下：在高阻硅si衬底上通过磁控溅射制备反铁磁材料锰金合金mn2au或铜锰砷cumnas薄膜，其厚度大约为20-500nm，在反铁磁层上沉积铁磁金属层钴co或镍ni或铁fe或铁镍合金ni81fe19；其厚度大约为20-500nm，最后通过测量反铁磁层的磁感应强度实现太赫兹信号的探测。

该发明利用铁磁以及反铁磁材料磁矩进动来实现太赫兹探测，是基于自旋的太赫兹探测器，具有响应快、易制备、可室温工作等特点。

附图说明

图1为器件结构示意图。

附图中标号为：1为衬底层，2为反铁磁层，3为铁磁金属层。

具体实施方式

下面提供通过实验研究得到的实施实例，并对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

在4英寸的单晶高阻硅si衬底上旋涂光刻胶，通过紫外光刻机光刻出2x2mm²大小的空白区域，然后通过磁控溅射制备mn2au反铁磁层，反铁磁层厚度为20nm。接着继续溅射沉积铁磁金属fe层，其厚度为20nm。取出样品进行脱胶、清洗、切割、封装，完成探测器的制备。

实施例2：

在4英寸的单晶高阻硅si衬底上旋涂光刻胶，通过紫外光刻机光刻出2x2mm²大小的空白区域，然后通过磁控溅射制备mn2au反铁磁层，反铁磁层厚度为500nm。接着继续溅射沉积铁磁金属ni层，其厚度为500nm。取出样品进行脱胶、清洗、切割、封装，完成探测器的制备。

实施例3：

在4英寸的单晶高阻硅si衬底上旋涂光刻胶，通过紫外光刻机光刻出2x2mm²大小的空白区域，然后通过磁控溅射制备cumnas反铁磁层，反铁磁层厚度为200nm。接着继续溅射沉积铁磁金属fe层，其厚度为200nm。取出样品进行脱胶、清洗、切割、封装，完成探测器的制备。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于反铁磁自旋轨道扭矩的太赫兹探测器,该探测器利用铁磁材料与微波自旋共振实现自旋从铁磁层到反铁磁层的注入，通过自旋‑轨道扭矩使反铁磁材料奈尔矢量自激振荡。当反铁磁材料接收外界太赫兹辐射时，震荡频率通过锁相机制产生恒定磁化强度，通过测量反铁磁材料层的磁化强度实现太赫兹信号探测。该发明利用自旋‑轨道扭矩实现太赫兹探测，是一种自旋太赫兹探测器，具有响应快、易制备、宽波段调谐、可室温工作等优点。

技术研发人员：黄志明;李敬波;吴敬;高艳卿;周炜;姚娘娟;江林;马建华;黄敬国
受保护的技术使用者：中国科学院上海技术物理研究所
技术研发日：2019.05.17
技术公布日：2019.08.16