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自旋流是材料内部自旋角动量的定向输运。它既是自旋电子学中新物理效应出现的核心自由度,又是构建新一代高密度、高速度、低能耗磁性存储与处理器件中实现局域自旋(或磁矩)翻转的核心载体。掌握自旋流的物理特性以及自旋流与材料相互作用的微观机制,已成为理解自旋与电荷和轨道多自由度耦合以及推动纯自旋流应用的关键科学问题。本论文围绕以上关键科学问题,以钇铁石榴石/金属(YIG/NM)异质结构中的自旋泵浦效应为主要研究手段,开展了纯自旋流物理特征、有效自旋混合电导率(表征纯自旋流注入效率)、以及自旋霍尔角(表征自旋流与电荷流转化效率)三个方面的研究。取得的主要创新性结论如下:1、提出了获得纯自旋泵浦信号的方法,并建立了纯自旋流的空间对称性。我们针对FM/NM中可能同时存在自旋整流和自旋泵浦信号的问题,提出了利用YIG/NM体系,实现纯自旋泵浦信号的测量。发现磁化强度在xy、yz、xz平面转动时,自旋泵浦和自旋整流信号的角度依赖关系明显不同。同时,还发现了满足3cosθ角度关系的非均匀自旋泵浦信号。因此,自旋泵浦信号的准确测量需要利用空间对称性排除自旋整流影响,在θ=90o或Hall端进行测量。2、实现了1Pt Pdx-x(0≤x≤1)合金自旋霍尔角的准确表征,并提出了1Pt Pdx-x合金自旋霍尔角的主要微观机制。通过标定自旋扩散长度、有效混合电导率、以及微波磁场大小,利用θ=90o几何下测量的YIG/1Pt Pdx-x自旋泵浦信号,确定了1Pt Pdx-x合金的自旋霍尔角(Pt=0.125 0.015SHθ±)。利用自旋霍尔角与电荷电导率的标度关系,通过自旋霍尔角随x的变化,揭示了斜散射是1Pt Pdx-x中自旋相关散射的主要微观机制。3、提出了有效自旋混合电导率与磁化强度进动的关系,实现了有效混合电导率的调控。发现注入自旋流的强度在磁化强度线性和非线性共振区域均随2sincθ(cθ进动角)线性增加,表明有效自旋混合电导率是由界面细节决定的本征量,与磁化强度进动模式无关。YIG/1Pt Pdx-x体系中有效自旋混合电导率随x的变化揭示了合金中自旋轨道耦合作用是调控有效自旋混合电导率的机制。同时,有效自旋混合电导率面外各向异性的发现,表明改变自旋极化方向可以实现对有效自旋混合电导率的再调控。4、定量测量了YIG/FeNi中的交流自旋泵浦信号,实现了电场对磁各向异性场和共振阻尼的调控。利用自旋力矩和自旋整流效应,在YIG/FeNi中观测到自旋泵浦效应产生的交流自旋流和直流自旋流的信号。利用空间对称性实现了两种信号的分离,发现交流自旋流比直流自旋流大71倍。利用自旋整流效应,系统地研究了PMN-PT/Co中电场对磁特性的调控。发现Co的磁各向异性场和共振阻尼会随着PMN-PT的极化历史的变化而变化,表明可以利用电场对自旋泵浦效应进行调控。