[Caso applicativo AtomEdge Pro] Ottenimento di immagini di precisione nanoscopica di skyrmioni a temperatura ambiente in MTJ

Dettagli del caso

Nel campo della spintronica e della memoria a accesso casuale magnetica (MRAM) di nuova generazione, i skyrmioni magnetici sono considerati candidati chiave per la costruzione di futuri dispositivi informatici ad alte prestazioni grazie alla loro unica stabilità topologica e alla bassa densità di corrente di pilotaggio. Tuttavia, l'osservazione diretta e la caratterizzazione precisa di queste strutture magnetiche su scala nanometrica in stack di giunzioni a tunnel magnetiche (MTJ) in condizioni di temperatura ambiente e compatibili con i dispositivi reali è rimasta una sfida chiave in questo campo.

Recentemente, utilizzando il microscopio a forza atomica AtomEdge Pro, abbiamo ottenuto con successo la visualizzazione e la caratterizzazione diretta degli stati di esistenza di skyrmioni magnetici e domini a labirinto all'interno di un complesso SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉ stack MTJ a temperatura ambiente, segnando un passo fondamentale verso l'applicazione di strutture magnetiche topologiche dalla ricerca fondamentale.

Punti salienti della ricerca

Campione di prova:

Il SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉ è un'eterostruttura a film sottile multistrato magnetico complesso, il cui preciso design dello stack mira a indurre la formazione di skyrmioni.

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△ Campione SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉Risultati chiave: Utilizzando la modalità Microscopia a Forza Magnetica (MFM) di AtomEdge Pro, all'interno di un'area di scansione di 10µm * 10µm, abbiamo chiaramente rivelato la coesistenza di strutture di dominio magnetico sia di skyrmioni che di domini a labirinto sulla superficie del campione.

△ Mappa di distribuzione del dominio magnetico che mostra skyrmioni (regioni a forma di punto) e domini a labirinto (regioni a forma di striscia) osservati nello stack MTJ.

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Analisi quantitativa: Per caratterizzare ulteriormente le strutture con precisione, abbiamo eseguito l'analisi del profilo di linea sulle immagini. I dati mostrano:

Il diametro dello skyrmione contrassegnato dalla linea rossa è di 234 nm (come mostrato nella Figura b).

La larghezza del dominio del labirinto è di 217 nm (come mostrato nella Figura c).

AtomEdge Pro: Come supera il collo di bottiglia della caratterizzazione?

Le tradizionali tecniche di caratterizzazione magnetica macroscopica (come la Magnetometria a Campione Vibrante, la Microscopia a Effetto Kerr Magneto-Ottico) sono limitate dalla risoluzione spaziale, rendendo difficile l'imaging fine di texture magnetiche su scala nanometrica come gli skyrmioni. Le ragioni principali per cui AtomEdge Pro ha svolto un ruolo cruciale in questo studio risiedono nei suoi vantaggi tecnici fondamentali:

Risoluzione spaziale ultra-elevata: AtomEdge Pro utilizza sonde magnetiche altamente sensibili per rilevare con precisione le variazioni del gradiente di forza magnetica sulla superficie del campione, consentendo una risoluzione spaziale su scala nanometrica.

Caratterizzazione quantitativa accurata: Non solo "vede" ma "misura accuratamente". Attraverso un'analisi precisa dei dati delle immagini MFM, è possibile estrarre parametri fisici chiave come le dimensioni del dominio, la distribuzione e la morfologia, fornendo dati sperimentali affidabili per i calcoli teorici e la progettazione dei dispositivi.

Potente compatibilità dei campioni: Lo stack MTJ testato qui è una struttura a film multistrato orientata alle applicazioni pratiche. AtomEdge Pro ha eseguito con successo una caratterizzazione non distruttiva e ad alta risoluzione su di esso, dimostrando la sua forte applicabilità nello studio di campioni complessi a livello di dispositivo.

Valore scientifico e prospettive applicative

Questo test di successo non solo dimostra con forza le prestazioni di AtomEdge Pro, ma riveste anche una notevole importanza per i settori di ricerca correlati:

Avanzamento della ricerca MRAM: Realizzare e osservare direttamente gli skyrmioni nelle giunzioni a tunnel magnetiche è fondamentale per tradurre il loro potenziale in dispositivi informatici di nuova generazione. AtomEdge Pro fornisce prove decisive nello spazio reale per verificare la loro esistenza, comprendere il loro comportamento e, in definitiva, collegare le strutture magnetiche microscopiche alle proprietà elettriche macroscopiche.

Potenziamento del magnetismo topologico: Come strumento di caratterizzazione fondamentale per la ricerca sulle strutture magnetiche topologiche, l'AFM può fornire un supporto dati affidabile per l'esplorazione dei meccanismi di formazione, della stabilità e dell'integrazione dei dispositivi degli skyrmioni, accelerando la transizione dalla fisica fondamentale ai dispositivi applicati.

Espansione delle applicazioni di frontiera: La capacità dimostrata in questa ricerca può essere ampiamente applicata in settori tecnologici all'avanguardia come il calcolo neuromorfico, l'hardware intelligente ispirato al cervello, le comunicazioni a microonde ad alta frequenza e i sistemi di rilevamento.

Crediamo che la caratterizzazione precisa sia la pietra angolare del progresso scientifico. Il microscopio a forza atomica AtomEdge Pro si impegna a fornire ai ricercatori globali potenti strumenti di analisi su microscala, aiutandoti a vedere più chiaramente e ad andare oltre nell'esplorazione di frontiera.

Per saperne di più sulle applicazioni di AtomEdge Pro nei materiali magnetici, nella spintronica e in altri settori all'avanguardia, non esitare a contattarci per uno scambio tecnico o per richiedere un test del campione.