سیستم تصویربرداری میکروسکوپی کر پیشرفت های علمی جدیدی را در اسپینترونیک در دانشگاه شیآن ژیاوتونگ فراهم می کند

اخیراً، تیم تحقیقاتی مرکز اسپینترونیک و سیستم‌های کوانتومی در دانشکده علوم و مهندسی مواد، دانشگاه شیان جیائوتونگ، یک مقاله تحقیقاتی بسیار ارزشمند را در مجله علمی نانومقیاس مشهور، Nanoscale (مجله انجمن سلطنتی شیمی)، با عنوان «معکوس شدن علامت وابسته به دما در مقاومت مغناطیسی تونلی در اتصالات ناهمگن فرومغناطیسی واندروالس» منتشر کرد. این مجله بر حوزه‌های تحقیقاتی پیشرفته مانند نانومواد، اسپینترونیک و دستگاه‌های کم‌بعدی متمرکز است و نفوذ قابل توجهی در این صنعت دارد. انتشار اخیر این یافته‌ها توسط تیم دانشگاه شیان جیائوتونگ، نشاط جدیدی را به کاربرد اتصالات ناهمگن مغناطیسی واندروالس در دستگاه‌های اسپینترونیک تزریق می‌کند. در پشت این پیشرفت، سیستم تصویربرداری میکروسکوپی لیزری Kerr با میدان قوی و دمای پایین KMP-L، که به طور مستقل توسط Truth Instruments توسعه یافته است، نقش مهمی ایفا کرد. این سیستم شواهد تجربی مستقیم و قابل اعتمادی را برای تجزیه و تحلیل مکانیسم جفت‌شدگی مغناطیسی بین لایه‌ای و ویژگی‌های مقاومت مغناطیسی تونلی (TMR) اتصالات ناهمگن فرومغناطیسی واندروالس ارائه کرد و به عنوان یک تکنیک مشخصه‌سازی ضروری برای پیشبرد طراحی دستگاه‌های اسپینترونیک عمل می‌کند.

سیگنال Kerr با استفاده از یک سیستم اندازه‌گیری MOKE (KMP-L، Truth Instruments) مشخص شد. اندازه‌گیری‌های MOKE با استفاده از یک پرتو لیزر HeNe با تابش نرمال (λ = 633 نانومتر) با قطبش خطی و قطر نقطه کانونی تقریباً 5 میکرومتر انجام شد. در طول اندازه‌گیری‌ها، میدان مغناطیسی به طور مداوم عمود بر جهت درون صفحه‌ای دستگاه اعمال می‌شد.

اتصالات تونلی مغناطیسی (MTJs) اجزای اصلی دستگاه‌های اسپینترونیک هستند و کنترل علامت مقاومت مغناطیسی تونلی (TMR) آن‌ها برای گسترش عملکرد دستگاه بسیار مهم است. در اتصالات ناهمگن فرومغناطیسی واندروالس (vdW)، جفت‌شدگی بین لایه‌ای بین لایه‌های مغناطیسی و تأثیر دما بر مکانیسم TMR، حوزه‌های کلیدی تحقیقات فعلی هستند. مشخصه‌سازی دقیق ساختارهای دامنه مغناطیسی در ناحیه میکرو و خواص هیسترزیس، یک عنصر اصلی در حل این مکانیسم‌ها است.

تکنیک اندازه‌گیری اثر Kerr مغناطیسی-نوری (MOKE)، به ویژه سیستمی که حلقه اسکن هیسترزیس با دقت بالا را با قابلیت‌های تصویربرداری ناحیه میکرو با وضوح بالا ترکیب می‌کند، می‌تواند مستقیماً تکامل دامنه مغناطیسی را مشاهده کرده و خواص مغناطیسی مناطق مختلف را متمایز کند و شواهد تجربی ضروری را برای درک جفت‌شدگی مغناطیسی بین لایه‌ای و اصول کنترل TMR ارائه دهد.

در این مقاله، سیستم تصویربرداری میکروسکوپی لیزری Kerr با میدان قوی و دمای پایین KMP-L از Truth Instruments نقش محوری ایفا کرد. از طریق عملکرد تصویربرداری دامنه مغناطیسی با وضوح بالا، به وضوح دامنه‌های مغناطیسی متضاد بین ناحیه پوشیده شده با CVI و ناحیه FGT را در اتصال ناهمگن CVI/FGT در 50K ثبت کرد و مستقیماً جفت‌شدگی ضدفرومغناطیسی آن‌ها را در میدان مغناطیسی صفر تأیید کرد. با استفاده از قابلیت تشخیص نقطه‌ای ناحیه میکرو، حلقه‌های هیسترزیس در مناطق مختلف اتصال ناهمگن (مانند ناحیه تماس CVI و FGT و ناحیه FGT در معرض دید) اندازه‌گیری شد و به وضوح تفاوت‌های میدان اجباری بین CVI و FGT را متمایز کرد و مکانیسم‌های تداخل مانند پینینگ اسپین و انتقال بار را رد کرد. این سیستم با ترکیب قابلیت آزمایش در محدوده دمایی وسیع، از مطالعه معکوس شدن علامت TMR و کنترل وابسته به دما قدرت جفت‌شدگی مغناطیسی با مشاهده تغییرات ظریف در حلقه‌های هیسترزیس در ناحیه بحرانی نزدیک به دمای کوری CVI (60K) پشتیبانی کرد. KMP-L شواهد تجربی مستقیم و قابل اعتمادی را برای تجزیه و تحلیل اثرات مغناطیسی بین لایه‌ای و ویژگی‌های TMR اتصال ناهمگن فرومغناطیسی واندروالس ارائه کرد و آن را به یک تکنیک مشخصه‌سازی کلیدی برای پیشبرد طراحی دستگاه‌های اسپینترونیک تبدیل کرد.

ویژگی‌های KMP-L از Truth Instruments کاملاً با الزامات تحقیقات مواد فرومغناطیسی 2 بعدی مطابقت دارد - «مغناطیس ضعیف، اندازه نمونه کوچک و نیاز به آزمایش در محدوده دمایی وسیع». این سیستم شواهد تجربی دقیق و قابل اعتمادی را برای حل مکانیسم جفت‌شدگی ضدفرومغناطیسی و اصل معکوس شدن علامت TMR ارائه می‌دهد و به عنوان یک پیوند حیاتی بین ساختار مغناطیسی میکروسکوپی ماده و عملکرد ماکروسکوپی دستگاه عمل می‌کند.

این همکاری بار دیگر ارزش ابزارآلات پیشرفته تولید داخلی را تأیید می‌کند - این ابزار نه تنها پشتیبانی مشخصه‌سازی قابل اعتمادی را برای تحقیقات علمی پیشرفته فراهم می‌کند، بلکه به یک «پل» متصل‌کننده ساختار میکروسکوپی مواد به عملکرد ماکروسکوپی دستگاه‌ها تبدیل می‌شود. Truth Instruments به کشت عمیق نیازهای مشخصه‌سازی در زمینه‌هایی مانند مواد کم‌بعدی و اسپینترونیک ادامه خواهد داد و راه‌حل‌های فنی دقیق‌تر و کارآمدتری را در اختیار محققان قرار می‌دهد تا به ایجاد دستاوردهای بیشتر و پیشرفت‌های بزرگ کمک کند.