自旋电子学研究对固体中自旋自由度的有效控制和操纵,如金属和半导体中的自旋极化、自旋动力学、自旋输运和自旋检测等。由于它在信息存储方面的重大应用前景,受到学术界和工业界的高度重视。近年来,纯自旋流的产生、输运和探测的研究在自旋电子学领域受到研究人员的广泛关注。自旋泵浦效应与逆自旋霍尔效应分别作为产生与探测纯自旋流的重要手段被大家广泛应用。许多实验组利用这两种效应来测定重金属、半导体、拓扑绝缘体甚至有机导电高分子等不同材料的自旋霍尔角。铁磁绝缘体钇铁石榴石(YIG),是一种研究自旋相关效应的理想材料,它被广发应用于自旋泵浦效应、自旋塞贝克效应、自旋霍尔磁电阻和自旋波的研究。本毕业论文中,我们利用激光分子束外延生长了高质量的YIG薄膜,并仔细研究了 YIG和Pt以及YIG和有机导电高分子PEDOT:PSS这两个双层膜体系在磁共振时的直流电压来源。我们还研究了自旋波引起的的自旋泵浦效应和YIG/Pt的界面性质。本论文的主要研究内容包括:1、我们通过实验和理论仔细研究了 YIG和Pt双层膜体系在铁磁共振时产生的直流电压信号。这个体系中由自旋泵浦效应和逆自旋霍尔效应产生的直流电压信号关于外加磁场只能是洛伦兹对称的。而我们实际测量得到的直流电压信号却是洛伦兹对称与洛伦兹反对称信号的叠加。反对称信号的出现是自旋整流效应的一个重要特征,而自旋整流效应必定来源于体系的某种磁电阻行为。结合近年来在这个体系中新发现的自旋霍尔磁电阻,我们认为此体系中除了自旋泵浦效应,还存在由自旋霍尔磁电阻引起的整流效应。我们通过理论计算得到了这两种效应产生的直流电压与外加磁场的角度依赖关系,它与实验测得的角度依赖关系吻合的很好。最后,我们利用这两种效应角度依赖关系的差异对它们进行了定量区分。2、我们阐明了微米级厚度的YIG和导电有机高分子PEDOT:PSS双层膜体系在铁磁共振和/或自旋波激发条件下产生的直流电压的来源。之前发表在Nat.Mater.上的文章把产生直流电压的机制归结为PEDOT:PSS薄膜的自旋霍尔效应,而我们通过两个对照实验排除了这种可能性。我们发现YIG薄膜在铁磁共振和/或自旋波激发条件下会产生面内的温度梯度,它与测得的直流电压具有相同的角度依赖关系,并且都在YIG薄膜厚度减少到几纳米时消失。因此,我们认为测得的直流电压来源于PEDOT:PSS在面内温度梯度作用下的普通Seebeck效应,其中温度梯度来源于在YIG薄膜中传播的表面模式自旋波的非对易性。3、我们利用自旋泵浦效应和逆自旋霍尔效应研究了 YIG中不同模式的自旋波。由于自旋波在规则的YIG样品中干涉形成驻波,测得的电压信号有很明显的驻波峰。通过分析可以把驻波峰分成两类,一类是由磁偶极相互作用主导的在薄膜面内形成的驻波,另一类是由交换相互作用主导的在薄膜厚度方向形成的驻波。通过对厚度方向驻波的拟合,我们可以得到YIG中自旋波色散关系的相关信息。4、我们还研究了 YIG/Pt的界面性质。我们发现在YIG薄膜上生长金属Pt会使界面处YIG的磁性减少。通过x射线磁圆二色谱的测量,我们发现生长Pt对YIG中Fe元素的电子价态有影响,Pt与YIG中的三价Fe离子会发生电荷转移从而产生少量的二价Fe离子,应该是这个过程导致了 YIG磁性的减小。我们认为Pt对界面处YIG磁性的改变会对自旋注入效率产生很大的影响。