武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院何軍教授課題組利用范德瓦爾斯外延技術(shù),通過精確控制生長和溫度,在云母襯底上實現(xiàn)了大尺寸、厚度可調(diào)、具有高吸收系數(shù)的二維硒化鉛納米片。通過化學(xué)氣相沉積過程合成了具有一層單位單元厚度的半導(dǎo)體鈷鐵氧體納米片。并通過振動樣品磁強(qiáng)計、磁力顯微鏡和磁光克爾效應(yīng)測量,展示了硬磁行為和磁疇演化,顯示出高于390K的居里溫度和強(qiáng)烈的維度效應(yīng)。超薄晶體中磁性的發(fā)現(xiàn)為探索新的物理現(xiàn)象和開發(fā)下一代自旋電子器件提供了機(jī)會。
圖中CFO納米片的厚度相關(guān)磁性質(zhì)。
a 在室溫(RT,300 K)下測量的具有不同厚度的CFO納米片的磁力顯微鏡相位圖像(MFM)。比例尺:3 μm。
b 在室溫下(RT)以垂直于平面的磁場測量的具有不同厚度的CFO納米片的磁光克爾效應(yīng)(MOKE)磁滯回線。箭頭指示了掃描方向。
c 在低溫(CT,80 K)、室溫和高溫(ET,360 K)下,CFO納米片厚度與HC之間的關(guān)系圖。陰影區(qū)域是用于指示HC變化趨勢的參考線。在室溫下,典型薄(d)和厚(e)CFO納米片的MOKE顯微鏡圖像顯示了磁化翻轉(zhuǎn)過程。薄納米片的磁化翻轉(zhuǎn)是均勻的,而較厚的納米片則在磁疇內(nèi)開始翻轉(zhuǎn)。比例尺:20 μm。
實驗中磁性測量是通過配備振動樣品磁測量裝置的物性測量系統(tǒng)(PPMS,Quantum Design)進(jìn)行的,還使用了MFM(Bruker Dimension Icon)和具有617 nm波長LED的Kerr顯微鏡(TuoTuo Technology,TTT-03)
自旋電子學(xué)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,從傳感器,到非易失性磁存儲,再到新材料的特性研究,自旋電子學(xué)是當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn),也被工業(yè)界重視。磁疇的直接觀測與記錄,對于材料的研究有著重要的意義;對磁疇運(yùn)動過程的剖析,不僅直觀的展現(xiàn)了磁性翻轉(zhuǎn),而且有助于分析物理過程的機(jī)理。
相較于傳統(tǒng)的單點(diǎn)磁滯回線測量儀,磁光克爾綜合測試平臺,可以追蹤平面內(nèi)數(shù)百萬點(diǎn)的實時磁性動態(tài)信息。結(jié)合該測試平臺提供的直流探針,高頻探針,樣品的測試便捷。當(dāng)下自旋電子學(xué)或磁學(xué)的研究,已經(jīng)由磁性驅(qū)動的翻轉(zhuǎn),發(fā)展到了直流電流驅(qū)動、脈沖電流驅(qū)動、微波脈沖驅(qū)動、光驅(qū)動等一系列的激勵源作用下的深度研究。
閃光科技為您提供的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)按照性能優(yōu)先,穩(wěn)定性優(yōu)先的設(shè)計思路,可以滿足實驗室研究及工業(yè)生產(chǎn)中各種相關(guān)材料的測試需求。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中提供了磁場激勵、電流激勵等多種選項,是客戶在自旋特性研究中的得力測試平臺。
應(yīng) 用 示 例
垂直磁各向異性薄膜顯微磁疇測量(鐵磁性/亞鐵磁性薄膜磁疇翻轉(zhuǎn))
(a)為樣品 Ta(4 nm)/CoFeB (0.7 nm)/MgO(2 nm)/Ta(2 nm)在磁場的驅(qū)動實現(xiàn)磁疇運(yùn)動和翻轉(zhuǎn),樹枝狀磁疇,磁矩“1”和“0”信息狀態(tài)清晰可見。彩色環(huán)帶表示磁疇壁,白色小箭頭表示的是奈爾疇壁中磁矩方向,表示磁疇運(yùn)動方向。
(b)為樣品 CoTb(6 nm)/SiN(4 nm)在零磁場附近出現(xiàn)迷宮疇以及孤立斯格明子磁泡結(jié)構(gòu)(Skyrmions Bubble),圖中單個穩(wěn)定的 Skyrmions Bubble 的尺寸為 1μm。為研究基于 SK-RM賽道存儲器提供光學(xué)無損傷探測支持。
面內(nèi)磁各向異性薄膜顯微磁疇測量
(a)面內(nèi)磁各向異性樣品,縱向-磁光克爾測試裝置示意圖。
(b)為樣品 Pt(4 nm)/Co (5 nm)/Ta(2 nm)在磁場的驅(qū)動實現(xiàn)磁疇運(yùn)動和翻轉(zhuǎn),磁矩“1”和“0”信息狀態(tài)清晰可見。
(c)為樣品的磁滯回線,縱坐標(biāo)為歸一化的磁光克爾信號,橫坐標(biāo)為面內(nèi)掃描磁場。
二維磁性材料的自旋特性研究
二維鐵磁材料的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)物理和下一代自旋電子學(xué)打開了大門,其單晶層狀結(jié)構(gòu)給磁性表征帶來了挑戰(zhàn),磁光克爾效應(yīng)是表征其磁疇狀態(tài)的技術(shù)手段。
圖為 120K 下二維磁性材料 CrTe2在磁場驅(qū)動下實現(xiàn)翻轉(zhuǎn),發(fā)現(xiàn)不同層數(shù) CrTe2 的矯頑力場(Hc)存在較大差異。
TTT-02-Kerr Microscope兼容低溫,覆蓋 5K-500K 范圍的樣品測試環(huán)境。
電流驅(qū)動的磁性翻轉(zhuǎn)
(a) FePt(10 nm)樣品電輸運(yùn)表征與磁光克爾實現(xiàn)同步測試裝置示意圖。
(b)和(c)電流驅(qū)動磁矩翻轉(zhuǎn)和磁疇運(yùn)動。沿 FePt 薄膜生長方向出現(xiàn)分層,呈現(xiàn)階段式翻轉(zhuǎn),如同神經(jīng)突觸收到多個閾值信息產(chǎn)生信息傳遞。
施加不同方向輔助場 Hx,樣品磁疇翻轉(zhuǎn)極性發(fā)生轉(zhuǎn)變,如上圖(b)所示。
磁疇成像輔助測量,有助于實現(xiàn)多角度解釋電輸運(yùn)信號中的反常信號,以及閾值電流下的磁疇取向與狀態(tài)。
審核編輯黃宇
-
半導(dǎo)體
+關(guān)注
關(guān)注
334文章
27305瀏覽量
218169 -
電流驅(qū)動
+關(guān)注
關(guān)注
1文章
43瀏覽量
10817
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論