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，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