深圳技術大學安紅雨AFM:利用自旋電子器件探測氫氣

【引言】

自旋電子學技術通過調控與操縱電子的自旋和磁矩，實現邏輯運算、數據存儲、磁性傳感等功能，是新一代計算芯片、高速存儲芯片以及精密磁傳感器的核心技術。相比于傳統的微電子器件，基于自旋電子學技術的自旋電子器件能耗更低、工作速度更快。近年來，開發自旋電子器件在更多科技領域的應用作為一個重要研究方向在國際上備受關注。而氫能作為純綠色無污染的新能源擁有廣闊的應用前景，已被世界上許多國家納入能源儲備戰略計劃。但氫氣爆炸極限很低，采用高靈敏度氫氣檢測器監測氫氣泄漏至關重要。

【成果簡介】

近日，深圳技術大學安紅雨副教授（第一作者和共同通訊作者）等人通過制備鈀/鐵磁體異質結器件，采用鐵磁共振檢測方法，首次揭示了鈀吸氫對器件中自旋矩產生效率的影響。研究發現，在放置異質結器件的密閉容器內交替通入氫氣和氬氣可以有效控制自旋矩的產生效率。相關成果以題為“Spin-Torque Manipulation for Hydrogen Sensing”發表在Advanced Functional Materials上。

圖一 用自旋矩-鐵磁共振檢測方法檢測氫氣對自旋矩效率的影響

圖二 用自旋矩-鐵磁共振檢測方法檢測氫氣對自旋矩效率影響

a.通N₂或H₂時鐵磁共振曲線變化；b. 通N₂或空氣時鐵磁共振曲線變化；c. 鐵磁共振磁場變化；d. 鐵磁共振曲線線寬變化；e. 通N₂時，鐵磁共振曲線中對稱和反對稱成分比較；f. 通H₂時，鐵磁共振曲線中對稱和反對稱成分比較。

圖三 對異質結器件進行多次反復測試。

a.鈀層的電阻變化；b. 鐵磁共振曲線線寬變化；c. 對稱成分和反對稱成分的比值變化；d. 自旋矩產生效率變化。

圖四 研究鈀層厚度變化的影響

a.Pd層為3 nm時，鐵磁共振曲線變化；b. Pd層為8 nm時，鐵磁共振曲線變化；c. 自旋矩效率變化與電阻變化的比較；d. 將Pd層替換成Pt層時，鐵磁共振曲線變化。

【小結】

該工作通過制備鈀/鐵磁體異質結器件，采用自旋矩-鐵磁共振檢測方法，揭示了鈀吸氫對自旋電子器件中自旋矩產生效率的影響，并首次研究了新型自旋電子器件在氫氣檢測領域的潛在應用，為研發超高靈敏度氫氣檢測器件提供了理論指導。

文獻鏈接：Spin-Torque Manipulation for Hydrogen Sensing (https://doi.org/10.1002/adfm.202002897)