[Caso de Aplicação AtomEdge Pro] Alcançando Imagem de Precisão em Nanoescala de Skyrmions à Temperatura Ambiente em MTJs

Nos campos da espintrónica e da memória magnética de acesso aleatório (MRAM) de próxima geração, os skyrmions magnéticos são considerados candidatos principais para a construção de futuros dispositivos de informação de alto desempenho devido à sua estabilidade topológica única e baixa densidade de corrente de condução. No entanto, observar diretamente e caracterizar com precisão estas estruturas magnéticas em nanoescala em pilhas de junções de túnel magnético (MTJ) em condições de temperatura ambiente e compatíveis com dispositivos reais tem permanecido um desafio fundamental neste campo.

Recentemente, utilizando o microscópio de força atómica AtomEdge Pro, conseguimos visualizar e caracterizar diretamente os estados de existência de skyrmions magnéticos e domínios de labirinto dentro de uma complexa SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉ pilha MTJ à temperatura ambiente, marcando um passo crítico para a aplicação de estruturas magnéticas topológicas a partir da investigação fundamental.

Amostra de Teste:

O SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉ é uma heteroestrutura de filme fino multicamadas magnéticas complexa, cujo design preciso da pilha visa induzir a formação de skyrmions.

Principais Descobertas: Usando o modo de Microscopia de Força Magnética (MFM) do AtomEdge Pro, dentro de uma área de varrimento de 10µm * 10µm, revelamos claramente a coexistência de estruturas de domínio magnético de skyrmion e domínio de labirinto na superfície da amostra.

Análise Quantitativa: Para caracterizar as estruturas com precisão, realizamos uma análise de perfil de linha nas imagens. Os dados mostram:

O diâmetro do skyrmion marcado pela linha vermelha é de 234 nm (conforme mostrado na Figura b).

A largura do domínio do labirinto é de 217 nm (conforme mostrado na Figura c).

Este resultado não só demonstra visualmente as duas morfologias de domínio magnético, mas também fornece medições de precisão sub-nanométrica dos seus tamanhos, oferecendo evidências valiosas no espaço real para a compreensão dos seus mecanismos de formação e estabilidade.

As técnicas tradicionais de caracterização magnética macroscópica (como a Magnetometria de Amostra Vibrante, Microscopia de Efeito Kerr Magneto-Óptico) são limitadas pela resolução espacial, tornando difícil a realização de imagens finas de texturas magnéticas em nanoescala, como skyrmions. As principais razões pelas quais o AtomEdge Pro desempenhou um papel crucial neste estudo residem nas suas vantagens técnicas principais:

Resolução Espacial Ultra-Alta: O AtomEdge Pro utiliza sondas magnéticas altamente sensíveis para detetar com precisão as alterações no gradiente de força magnética na superfície da amostra, permitindo uma resolução espacial na nanoescala.

Caracterização Quantitativa Precisa: Ele não só "vê", mas também "mede com precisão". Através da análise precisa de dados de imagens MFM, parâmetros físicos-chave, como tamanho do domínio, distribuição e morfologia, podem ser extraídos, fornecendo dados experimentais confiáveis para cálculos teóricos e design de dispositivos.

Compatibilidade Poderosa da Amostra: A pilha MTJ testada aqui é uma estrutura de filme multicamadas voltada para aplicações práticas. O AtomEdge Pro realizou com sucesso uma caracterização não destrutiva e de alta resolução nela, demonstrando a sua forte aplicabilidade no estudo de amostras complexas de nível de dispositivo.

Este teste bem-sucedido não só demonstra fortemente o desempenho do AtomEdge Pro, mas também tem uma importância significativa para campos de pesquisa relacionados:

Avançando a Pesquisa MRAM: A realização e observação direta de skyrmions em junções de túnel magnético é fundamental para traduzir o seu potencial em dispositivos de informação de nova geração. O AtomEdge Pro fornece evidências decisivas no espaço real para verificar a sua existência, compreender o seu comportamento e, em última análise, conectar estruturas magnéticas microscópicas a propriedades elétricas macroscópicas.

Capacitando o Magnetismo Topológico: Como uma ferramenta de caracterização central para a pesquisa de estrutura magnética topológica, a AFM pode fornecer suporte de dados confiável para explorar os mecanismos de formação, estabilidade e integração de dispositivos de skyrmions, acelerando a transição da física fundamental para dispositivos aplicados.

Expandindo Aplicações de Fronteira: A capacidade demonstrada nesta pesquisa pode ser amplamente aplicada em campos tecnológicos de ponta, como computação neuromórfica, hardware inteligente inspirado no cérebro, comunicação de micro-ondas de alta frequência e sistemas de sensoriamento.

Acreditamos que a caracterização precisa é a pedra angular do progresso científico. O microscópio de força atómica AtomEdge Pro está comprometido em fornecer aos pesquisadores globais ferramentas de análise em microescala poderosas, ajudando-o a ver mais claramente e a ir mais longe na exploração de fronteira.

Para saber mais sobre as aplicações do AtomEdge Pro em materiais magnéticos, espintrónica e outros campos de ponta, entre em contato conosco para troca técnica ou para solicitar testes de amostra.