基于自旋整流效应的向波探测及成像研究

• 作 者: 曹中兴
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 无损探测 微波成像 相位成像 自旋整流效应

传统的微波探测技术，由于微波的高频特性，需要使用复杂的电子学设备将微波频率转化为低频进行探测，导致设备复杂成本较高。基于自旋整流效应的微波探测器，提供了一种新型的微波探测方法，可以将微波频率信号直接转化为直流信号进行探测，省去了复杂昂贵的电子学设备，且器件为芯片结构便于集成，尺寸较小，有助于实现高分辨率的微波探测。自旋整流效应为铁磁材料中自旋电荷的非线性耦合产生的电学效应，具体表现为微波光电压或微波光电流。本文的主要内容如下:　　
1、对于基于各向异性磁阻效应的自旋整流效应进行了系统研究，讨论了电磁场位相差对于电学探测铁磁共振线形的影响，发现电磁场位相差的影响因素较多，与样品、频率等因素相关。因此在以铁磁共振线形为判据区别电学探测铁磁共振物理来源时，需要精确标定电磁场位相差。　　
2、给出了迈克尔逊自旋干涉仪的普遍情形即四波情形，讨论了双波情形与四波情形在有效调节铁磁共振线形的区别之处，及对于物质性能表征及微波成像的影响，仔细分析了迈克尔逊自旋干涉仪处在双波情形与四波情形的物理影响因素及判别依据，对于微波探测及成像极为关键，是自旋微波成像系统的理论基础。　　
3、在非共振情况下，搭建了透射型的微波成像系统，证明了自旋微波探测器的近场电场和磁场相位成像能力和用于亚波长尺度缺陷的无损探测能力，预示着自旋微波探测器在材料性能表征、无损探测、安检成像和生物医学成像的巨大应用潜力。