System obrazowania mikroskopii Kerra ułatwia nowe przełomy naukowe w spintronice na Uniwersytecie Xi'an Jiaotong

Niedawno zespół badawczy z Centrum Spintroniki i Systemów Kwantowych w Szkole Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu Xi'an Jiaotong opublikował bardzo wartościowy artykuł naukowy w renomowanym czasopiśmie naukowym Nanoscale (czasopismo Royal Society of Chemistry), zatytułowany "Odwrócenie znaku tunelowego magnetooporu zależne od temperatury w heterozłączach ferromagnetycznych van der Waalsa". Czasopismo to koncentruje się na najnowocześniejszych obszarach badawczych, takich jak nanomateriały, spintronika i urządzenia niskowymiarowe, wywierając znaczący wpływ w branży. Niedawna publikacja tych ustaleń przez zespół z Uniwersytetu Xi'an Jiaotong wnosi nową witalność do zastosowania magnetycznych heterozłączy van der Waalsa w urządzeniach spintronicznych. Za tym przełomem kluczową rolę odegrał niezależnie opracowany przez Truth Instruments system obrazowania mikroskopii laserowej Kerr w polu silnym w niskiej temperaturze KMP-L. Dostarczył on bezpośrednich i wiarygodnych dowodów eksperymentalnych do analizy mechanizmu międzywarstwowego sprzężenia magnetycznego i charakterystyki tunelowego magnetooporu (TMR) heterozłączy ferromagnetycznych van der Waalsa, służąc jako istotna technika charakteryzacji w celu rozwoju projektowania urządzeń spintronicznych.

Sygnał Kerra został scharakteryzowany za pomocą systemu pomiarowego MOKE (KMP-L, Truth Instruments). Pomiary MOKE przeprowadzono przy użyciu prostopadłej wiązki lasera HeNe (λ = 633 nm) z polaryzacją liniową i średnicą plamki ogniskowej około 5 µm. Podczas pomiarów pole magnetyczne było stale przykładane prostopadle do kierunku w płaszczyźnie urządzenia.

Złącza tunelowe magnetyczne (MTJ) są podstawowymi elementami urządzeń spintronicznych, a kontrola nad znakiem ich tunelowego magnetooporu (TMR) ma kluczowe znaczenie dla rozszerzenia funkcjonalności urządzenia. W heterozłączach ferromagnetycznych van der Waalsa (vdW) kluczowymi obszarami obecnych badań są sprzężenie międzywarstwowe między warstwami magnetycznymi oraz wpływ temperatury na mechanizm TMR. Precyzyjna charakterystyka struktur domen magnetycznych w mikroobszarze i właściwości histerezy jest kluczowym elementem w rozwiązywaniu tych mechanizmów.

Technika pomiaru efektu magneto-optycznego Kerra (MOKE), zwłaszcza system, który łączy w sobie skanowanie pętli histerezy o wysokiej precyzji z możliwościami obrazowania mikroobszarowego o wysokiej rozdzielczości, może bezpośrednio obserwować ewolucję domen magnetycznych i różnicować właściwości magnetyczne różnych obszarów, dostarczając niezbędnych dowodów eksperymentalnych do zrozumienia zasad sprzężenia magnetycznego między warstwami i kontroli TMR.

W tym artykule kluczową rolę odegrał system obrazowania mikroskopii laserowej Kerr w polu silnym w niskiej temperaturze KMP-L firmy Truth Instruments. Dzięki funkcji obrazowania domen magnetycznych o wysokiej rozdzielczości wyraźnie uchwycił kontrastujące domeny magnetyczne między obszarem pokrytym CVI a obszarem FGT w heterozłączu CVI/FGT w temperaturze 50K, bezpośrednio potwierdzając ich antyferromagnetyczne sprzężenie w zerowym polu magnetycznym. Wykorzystując jego zdolność do wykrywania punktów w mikroobszarze, zmierzono pętle histerezy w różnych obszarach heterozłącza (takich jak obszar kontaktu CVI i FGT oraz odsłonięty obszar FGT), wyraźnie rozróżniając różnice w polu koercji między CVI i FGT oraz wykluczając mechanizmy zakłóceń, takie jak pinowanie spinu i transfer ładunku. W połączeniu z możliwością testowania w szerokim zakresie temperatur, system wspierał badanie odwrócenia znaku TMR i kontroli siły sprzężenia magnetycznego zależnej od temperatury, obserwując subtelne zmiany w pętlach histerezy w krytycznym obszarze w pobliżu temperatury Curie CVI (60K). KMP-L dostarczył bezpośrednich i wiarygodnych dowodów eksperymentalnych do analizy międzywarstwowych efektów magnetycznych i charakterystyki TMR heterozłącza ferromagnetycznego van der Waalsa, co czyni go kluczową techniką charakteryzacji w celu rozwoju projektowania urządzeń spintronicznych.

Charakterystyka KMP-L firmy Truth Instruments doskonale odpowiada wymaganiom badań materiałów ferromagnetycznych 2D — "słaby magnetyzm, mały rozmiar próbki i potrzeba testowania w szerokim zakresie temperatur". Zapewnia precyzyjne i wiarygodne dowody eksperymentalne do rozwiązania mechanizmu antyferromagnetycznego sprzężenia i zasady odwrócenia znaku TMR, służąc jako krytyczne ogniwo między mikroskopijną strukturą magnetyczną materiału a makroskopową wydajnością urządzenia.

Ta współpraca po raz kolejny potwierdza wartość krajowo produkowanej, wysokiej klasy aparatury — nie tylko zapewnia niezawodne wsparcie charakteryzacyjne dla najnowocześniejszych badań naukowych, ale także staje się "mostem" łączącym mikroskopijną strukturę materiałów z makroskopową wydajnością urządzeń. Truth Instruments będzie nadal głęboko pielęgnować potrzeby charakteryzacyjne w takich dziedzinach, jak materiały niskowymiarowe i spintronika, zapewniając naukowcom bardziej precyzyjne i wydajne rozwiązania techniczne, aby pomóc w osiągnięciu większej liczby przełomowych osiągnięć.