[AtomEdge Pro Application Case] Het bereiken van nanometers precieze beeldvorming van Skyrmions bij kamertemperatuur in MTJ's

Op het gebied van spintronica en de volgende generatie magnetisch willekeurig toegankelijk geheugen (MRAM) worden magnetische skyrmions beschouwd als kernkandidaten voor het bouwen van toekomstige hoogwaardige informatieapparaten vanwege hun unieke topologische stabiliteit en lage aandrijfstroomdichtheid. Het direct observeren en nauwkeurig karakteriseren van deze nanoschaal magnetische structuren in magnetische tunneljunctie (MTJ)-stacks onder kamertemperatuuromstandigheden en compatibel met daadwerkelijke apparaten is echter een belangrijke uitdaging in dit veld gebleven.

Onlangs hebben we met behulp van de AtomEdge Pro atoomkrachtmicroscoop met succes directe visualisatie en karakterisering bereikt van de bestaande toestanden van magnetische skyrmions en dooldomeinen binnen een complexe SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉ MTJ-stack bij kamertemperatuur, wat een cruciale stap markeert in de richting van de toepassing van topologische magnetische structuren uit fundamenteel onderzoek.

Testmonster:

De SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉ is een complexe magnetische meerlagige dunne-film heterostructuur, waarvan het precieze stackontwerp tot doel heeft de vorming van skyrmions te induceren.

Belangrijkste bevindingen: Met behulp van de Magnetic Force Microscopy (MFM)-modus van de AtomEdge Pro, binnen een scanbereik van 10µm * 10µm, hebben we duidelijk de coëxistentie onthuld van zowel skyrmion- als dooldomein magnetische domeinstructuren op het monsteroppervlak.

Kwantitatieve analyse: Om de structuren nauwkeuriger te karakteriseren, hebben we lijnprofielanalyse uitgevoerd op de afbeeldingen. De gegevens tonen aan:

De diameter van de skyrmion gemarkeerd door de rode lijn is 234 nm (zoals weergegeven in figuur b).

De domeinbreedte van het dooldomein is 217 nm (zoals weergegeven in figuur c).

Dit resultaat toont niet alleen visueel de twee magnetische domeinmorfologieën aan, maar biedt ook sub-nanometer precisie metingen van hun afmetingen, wat waardevol real-space bewijs biedt voor het begrijpen van hun vormingsmechanismen en stabiliteit.

Traditionele macroscopische magnetische karakteriseringstechnieken (zoals Vibrating Sample Magnetometry, Magneto-Optical Kerr Effect Microscopy) worden beperkt door ruimtelijke resolutie, waardoor het moeilijk is om fijne beeldvorming van nanoschaal magnetische texturen zoals skyrmions uit te voeren. De belangrijkste redenen waarom AtomEdge Pro een cruciale rol speelde in deze studie, liggen in de belangrijkste technische voordelen:

Ultra-Hoge Ruimtelijke Resolutie: AtomEdge Pro maakt gebruik van zeer gevoelige magnetische probes om nauwkeurig veranderingen in de magnetische krachtgradiënt op het monsteroppervlak te detecteren, waardoor ruimtelijke resolutie op de nanoschaal mogelijk is.

Nauwkeurige Kwantitatieve Karakterisering: Het "ziet" niet alleen, maar "meet ook nauwkeurig." Door nauwkeurige gegevensanalyse van MFM-afbeeldingen kunnen belangrijke fysische parameters zoals domeingrootte, -verdeling en -morfologie worden geëxtraheerd, wat betrouwbare experimentele gegevens oplevert voor theoretische berekeningen en apparaatontwerp.

Krachtige Monstercompatibiliteit: De hier geteste MTJ-stack is een meerlaagse filmstructuur die gericht is op praktische toepassingen. AtomEdge Pro voerde met succes niet-destructieve, hoge-resolutie karakterisering uit, wat de sterke toepasbaarheid aantoont bij de studie van complexe samples op apparaatniveau.

Deze succesvolle test toont niet alleen de prestaties van AtomEdge Pro sterk aan, maar is ook van groot belang voor gerelateerde onderzoeksgebieden:

Bevordering van MRAM-onderzoek: Het realiseren en direct observeren van skyrmions in magnetische tunneljuncties is essentieel om hun potentieel om te zetten in informatieapparaten van de nieuwe generatie. AtomEdge Pro levert doorslaggevend real-space bewijs voor het verifiëren van hun bestaan, het begrijpen van hun gedrag en uiteindelijk het verbinden van microscopische magnetische structuren met macroscopische elektrische eigenschappen.

Versterking van topologische magnetisme: Als een kernkarakteriseringstool voor topologisch magnetisch structuuronderzoek kan AFM betrouwbare gegevensondersteuning bieden voor het verkennen van de vormingsmechanismen, stabiliteit en apparaatintegratie van skyrmions, waardoor de overgang van fundamentele fysica naar toegepaste apparaten wordt versneld.

Uitbreiding van grensapplicaties: De mogelijkheden die in dit onderzoek worden aangetoond, kunnen op grote schaal worden toegepast in geavanceerde technologische gebieden zoals neuromorfisch computergebruik, op de hersenen geïnspireerde intelligente hardware, hoogfrequente microgolfcommunicatie en sensorsystemen.

Wij geloven dat precieze karakterisering de hoeksteen is van wetenschappelijke vooruitgang. De AtomEdge Pro atoomkrachtmicroscoop zet zich in om wereldwijde onderzoekers krachtige micro-schaal analysetools te bieden, zodat u duidelijker kunt zien en verder kunt gaan in grensverkenning.

Neem gerust contact met ons op voor technische uitwisseling of om sample tests aan te vragen als u meer wilt weten over de toepassingen van AtomEdge Pro in magnetische materialen, spintronica en andere geavanceerde gebieden.