[Cas d'application AtomEdge Pro] Réalisation d'une imagerie de précision nanométrique des skyrmions à température ambiante dans les jonctions tunnel magnétiques (MTJ)

Détail du cas

Dans les domaines de la spintronique et de la mémoire vive magnétique (MRAM) de nouvelle génération, les skyrmions magnétiques sont considérés comme des candidats clés pour la construction de futurs dispositifs d'information haute performance en raison de leur stabilité topologique unique et de leur faible densité de courant d'entraînement. Cependant, l'observation directe et la caractérisation précise de ces structures magnétiques à l'échelle nanométrique dans les empilements de jonctions tunnel magnétiques (MTJ) dans des conditions de température ambiante et compatibles avec les dispositifs réels restent un défi majeur dans ce domaine.

Récemment, en utilisant le microscope à force atomique AtomEdge Pro, nous avons réussi à visualiser et à caractériser directement les états d'existence des skyrmions magnétiques et des domaines en labyrinthe au sein d'une structure complexe SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉ MTJ à température ambiante, marquant une étape cruciale vers l'application des structures magnétiques topologiques issues de la recherche fondamentale.

Faits marquants de la recherche

Échantillon testé :

Le SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉ est une hétérostructure multicouche mince magnétique complexe, dont la conception précise de l'empilement vise à induire la formation de skyrmions.

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△ Échantillon SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉Résultats clés : En utilisant le mode Microscopie à force magnétique (MFM) de l'AtomEdge Pro, dans une zone de balayage de 10µm * 10µm, nous avons clairement révélé la coexistence de structures de domaines magnétiques de skyrmions et de domaines en labyrinthe sur la surface de l'échantillon.

△ Carte de distribution des domaines magnétiques montrant les skyrmions (régions en forme de points) et les domaines en labyrinthe (régions en forme de bandes) observés dans l'empilement MTJ.

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Analyse quantitative : Pour caractériser les structures avec précision, nous avons effectué une analyse de profil linéaire sur les images. Les données montrent :

Le diamètre du skyrmion marqué par la ligne rouge est de 234 nm (comme illustré sur la figure b).

La largeur du domaine en labyrinthe est de 217 nm (comme illustré sur la figure c).

AtomEdge Pro : Comment surmonter le goulot d'étranglement de la caractérisation ?

Les techniques traditionnelles de caractérisation magnétique macroscopique (telles que la magnétométrie à échantillon vibrant, la microscopie à effet Kerr magnéto-optique) sont limitées par la résolution spatiale, ce qui rend difficile l'imagerie fine des textures magnétiques à l'échelle nanométrique comme les skyrmions. Les principales raisons pour lesquelles AtomEdge Pro a joué un rôle crucial dans cette étude résident dans ses avantages techniques fondamentaux :

Résolution spatiale ultra-élevée : AtomEdge Pro utilise des sondes magnétiques très sensibles pour détecter avec précision les changements du gradient de force magnétique à la surface de l'échantillon, permettant une résolution spatiale à l'échelle nanométrique.

Caractérisation quantitative précise : Il ne se contente pas de "voir", mais aussi de "mesurer avec précision". Grâce à une analyse précise des données des images MFM, des paramètres physiques clés tels que la taille des domaines, la distribution et la morphologie peuvent être extraits, fournissant des données expérimentales fiables pour les calculs théoriques et la conception des dispositifs.

Forte compatibilité des échantillons : L'empilement MTJ testé ici est une structure multicouche conçue pour des applications pratiques. AtomEdge Pro a réussi à effectuer une caractérisation non destructive et à haute résolution sur celui-ci, démontrant sa forte applicabilité dans l'étude d'échantillons complexes au niveau des dispositifs.

Valeur scientifique et perspectives d'application

Ce test réussi démontre non seulement les performances d'AtomEdge Pro, mais revêt également une grande importance pour les domaines de recherche connexes :

Faire progresser la recherche sur les MRAM : Réaliser et observer directement les skyrmions dans les jonctions tunnel magnétiques est essentiel pour traduire leur potentiel en dispositifs d'information de nouvelle génération. AtomEdge Pro fournit des preuves décisives dans l'espace réel pour vérifier leur existence, comprendre leur comportement et, finalement, connecter les structures magnétiques microscopiques aux propriétés électriques macroscopiques.

Renforcer le magnétisme topologique : En tant qu'outil de caractérisation essentiel pour la recherche sur les structures magnétiques topologiques, l'AFM peut fournir un support de données fiable pour explorer les mécanismes de formation, la stabilité et l'intégration des dispositifs des skyrmions, accélérant la transition de la physique fondamentale aux dispositifs appliqués.

Développer les applications frontières : La capacité démontrée dans cette recherche peut être largement appliquée dans des domaines technologiques de pointe tels que l'informatique neuromorphique, le matériel intelligent inspiré du cerveau, les communications hyperfréquences et les systèmes de détection.

Nous pensons que la caractérisation précise est la pierre angulaire du progrès scientifique. Le microscope à force atomique AtomEdge Pro s'engage à fournir aux chercheurs du monde entier des outils d'analyse à micro-échelle puissants, vous aidant à voir plus clairement et à aller plus loin dans l'exploration des frontières.

Pour en savoir plus sur les applications d'AtomEdge Pro dans les matériaux magnétiques, la spintronique et d'autres domaines de pointe, n'hésitez pas à nous contacter pour un échange technique ou pour demander un test d'échantillon.