نظام التصوير المجهري كير يسهل تحقيق اكتشافات علمية جديدة في علم الإلكترونيات الدورانية بجامعة شيان جياوتونغ

في الآونة الأخيرة، نشر فريق البحث من مركز الإلكترونيات الدورانية وأنظمة الكم في كلية علوم وهندسة المواد بجامعة شيان جياوتونغ ورقة بحثية ذات قيمة عالية في مجلة علوم النانو الشهيرة، Nanoscale (مجلة الجمعية الملكية للكيمياء)، بعنوان "انعكاس علامة مقاومة المغنطيسية النفقية المعتمدة على درجة الحرارة في الوصلات البينية المغناطيسية ذات الطبقات الفان دير فالز". تركز هذه المجلة على مجالات البحث المتطورة مثل المواد النانوية والإلكترونيات الدورانية والأجهزة منخفضة الأبعاد، ولها تأثير كبير داخل الصناعة. يضخ النشر الأخير لهذه النتائج من قبل فريق جامعة شيان جياوتونغ حيوية جديدة في تطبيق وصلات فان دير فالز المغناطيسية البينية في أجهزة الإلكترونيات الدورانية. وراء هذا الاختراق، لعب نظام التصوير المجهري بالليزر كير المجهري ذو المجال القوي ودرجة الحرارة المنخفضة KMP-L، الذي طورته شركة Truth Instruments بشكل مستقل، دورًا حاسمًا. قدم هذا النظام دليلًا تجريبيًا مباشرًا وموثوقًا لتحليل آلية الاقتران المغناطيسي بين الطبقات وخصائص مقاومة المغنطيسية النفقية (TMR) لوصلات فان دير فالز المغناطيسية البينية، مما يمثل تقنية توصيف أساسية للنهوض بتصميم أجهزة الإلكترونيات الدورانية.

تم توصيف إشارة كير باستخدام نظام قياس MOKE (KMP-L، Truth Instruments). تم إجراء قياسات MOKE باستخدام شعاع ليزر HeNe الساقط عموديًا (λ = 633 نانومتر) مع استقطاب خطي وقطر بقعة مركزة يبلغ حوالي 5 µم. أثناء القياسات، تم تطبيق المجال المغناطيسي باستمرار بشكل عمودي على الاتجاه الموجود في مستوى الجهاز.

تعتبر الوصلات النفقية المغناطيسية (MTJs) المكونات الأساسية لأجهزة الإلكترونيات الدورانية، والتحكم في علامة مقاومة المغنطيسية النفقية (TMR) أمر بالغ الأهمية لتوسيع وظائف الجهاز. في وصلات فان دير فالز (vdW) المغناطيسية البينية، يعد الاقتران بين الطبقات بين الطبقات المغناطيسية وتأثير درجة الحرارة على آلية TMR من المجالات الرئيسية للبحث الحالي. يعد التوصيف الدقيق لهياكل المجال المغناطيسي ذات المساحات الصغيرة وخصائص التباطؤ عنصرًا أساسيًا في حل هذه الآليات.

يمكن لتقنية قياس تأثير كير المغناطيسي البصري (MOKE)، وخاصة النظام الذي يجمع بين مسح حلقة التباطؤ عالي الدقة وقدرات التصوير ذات المساحات الصغيرة عالية الدقة، أن تلاحظ بشكل مباشر تطور المجال المغناطيسي وتميز الخصائص المغناطيسية للمناطق المختلفة، مما يوفر دليلًا تجريبيًا لا غنى عنه لفهم مبادئ الاقتران المغناطيسي بين الطبقات والتحكم في TMR.

في هذه الورقة، لعب نظام التصوير المجهري بالليزر كير المجهري ذو المجال القوي ودرجة الحرارة المنخفضة KMP-L من Truth Instruments دورًا محوريًا. من خلال وظيفة التصوير بالمجال المغناطيسي عالي الدقة، التقط بوضوح المجالات المغناطيسية المتناقضة بين المنطقة المغطاة بـ CVI ومنطقة FGT في الوصلة البينية CVI/FGT عند 50 كلفن، مما يؤكد بشكل مباشر اقترانها المضاد للمغناطيسية عند مجال مغناطيسي صفري. باستخدام قدرته على الكشف النقطي في المناطق الصغيرة، تم قياس حلقات التباطؤ في مناطق مختلفة من الوصلة البينية (مثل منطقة التلامس CVI و FGT، ومنطقة FGT المكشوفة)، مما يميز بوضوح اختلافات المجال القسري بين CVI و FGT واستبعاد آليات التداخل مثل تثبيت الدوران ونقل الشحنات. جنبًا إلى جنب مع قدرته على الاختبار في نطاق درجة حرارة واسع، دعم النظام دراسة انعكاس علامة TMR والتحكم المعتمد على درجة الحرارة في قوة الاقتران المغناطيسي من خلال مراقبة التغييرات الطفيفة في حلقات التباطؤ في المنطقة الحرجة بالقرب من درجة حرارة كوري لـ CVI (60 كلفن). قدم KMP-L دليلًا تجريبيًا مباشرًا وموثوقًا لتحليل تأثيرات الطبقات البينية وخصائص TMR لوصلة فان دير فالز المغناطيسية البينية، مما يجعلها تقنية توصيف رئيسية للنهوض بتصميم أجهزة الإلكترونيات الدورانية.

تتوافق خصائص KMP-L من Truth Instruments تمامًا مع متطلبات أبحاث المواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد - "المغناطيسية الضعيفة، وحجم العينة الصغير، والحاجة إلى اختبار نطاق درجة حرارة واسع." يوفر دليلًا تجريبيًا دقيقًا وموثوقًا لحل آلية الاقتران المضاد للمغناطيسية ومبدأ انعكاس علامة TMR، ويعمل بمثابة حلقة وصل حاسمة بين البنية المغناطيسية المجهرية للمادة وأداء الجهاز الكلي.

تؤكد هذه الشراكة مرة أخرى على قيمة الأدوات المتطورة المنتجة محليًا - فهي لا توفر فقط دعم توصيف موثوقًا به للبحث العلمي المتطور، ولكنها تصبح أيضًا "جسرًا" يربط البنية المجهرية للمواد بالأداء الكلي للأجهزة. ستواصل Truth Instruments تعميق زراعة احتياجات التوصيف في مجالات مثل المواد منخفضة الأبعاد والإلكترونيات الدورانية، مما يوفر للباحثين حلولًا فنية أكثر دقة وكفاءة للمساعدة في تعزيز المزيد من الإنجازات الرائدة.