[Caso de aplicación AtomEdge Pro] Logrando imágenes de precisión a nanoescala de skyrmiones a temperatura ambiente en MTJs

En los campos de la espintrónica y la memoria magnética de acceso aleatorio (MRAM) de próxima generación, los skyrmiones magnéticos se consideran candidatos clave para la construcción de futuros dispositivos de información de alto rendimiento debido a su estabilidad topológica única y su baja densidad de corriente de conducción. Sin embargo, la observación directa y la caracterización precisa de estas estructuras magnéticas a nanoescala en pilas de unión de túnel magnético (MTJ) en condiciones de temperatura ambiente y compatibles con los dispositivos reales ha seguido siendo un desafío clave en este campo.

Recientemente, utilizando el microscopio de fuerza atómica AtomEdge Pro, hemos logrado con éxito la visualización y caracterización directas de los estados de existencia de skyrmiones magnéticos y dominios de laberinto dentro de una compleja SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉pila MTJ a temperatura ambiente, lo que marca un paso crítico hacia la aplicación de estructuras magnéticas topológicas a partir de la investigación fundamental.

Muestra de prueba:

El SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉es una heteroestructura de película delgada multicapa magnética compleja, cuyo diseño preciso de la pila tiene como objetivo inducir la formación de skyrmiones.

Hallazgos clave: Utilizando el modo de Microscopía de Fuerza Magnética (MFM) del AtomEdge Pro, dentro de un área de escaneo de 10µm * 10µm, revelamos claramente la coexistencia de estructuras de dominio magnético de skyrmiones y dominios de laberinto en la superficie de la muestra.

Análisis cuantitativo: Para caracterizar las estructuras con precisión, realizamos un análisis de perfil de línea en las imágenes. Los datos muestran:

El diámetro del skyrmión marcado por la línea roja es de 234 nm (como se muestra en la Figura b).

El ancho del dominio del laberinto es de 217 nm (como se muestra en la Figura c).

Este resultado no solo demuestra visualmente las dos morfologías de dominio magnético, sino que también proporciona mediciones de precisión sub-nanométrica de sus tamaños, ofreciendo evidencia valiosa en el espacio real para comprender sus mecanismos de formación y estabilidad.

Las técnicas tradicionales de caracterización magnética macroscópica (como la magnetometría de muestra vibrante, la microscopía de efecto Kerr magneto-óptico) están limitadas por la resolución espacial, lo que dificulta la realización de imágenes finas de texturas magnéticas a nanoescala como los skyrmiones. Las razones clave por las que AtomEdge Pro jugó un papel crucial en este estudio residen en sus ventajas técnicas principales:

Resolución espacial ultra alta: AtomEdge Pro utiliza sondas magnéticas de alta sensibilidad para detectar con precisión los cambios en el gradiente de fuerza magnética en la superficie de la muestra, lo que permite una resolución espacial a nanoescala.

Caracterización cuantitativa precisa: No solo "ve" sino que también "mide con precisión". A través del análisis preciso de datos de imágenes MFM, se pueden extraer parámetros físicos clave como el tamaño del dominio, la distribución y la morfología, proporcionando datos experimentales confiables para cálculos teóricos y diseño de dispositivos.

Potente compatibilidad de muestras: La pila MTJ probada aquí es una estructura de película multicapa orientada a aplicaciones prácticas. AtomEdge Pro realizó con éxito una caracterización no destructiva y de alta resolución en ella, lo que demuestra su fuerte aplicabilidad en el estudio de muestras complejas a nivel de dispositivo.

Esta prueba exitosa no solo demuestra fuertemente el rendimiento de AtomEdge Pro, sino que también tiene una importancia significativa para los campos de investigación relacionados:

Avanzando en la investigación de MRAM: La realización y la observación directa de skyrmiones en las uniones de túnel magnético es clave para traducir su potencial en dispositivos de información de nueva generación. AtomEdge Pro proporciona evidencia decisiva en el espacio real para verificar su existencia, comprender su comportamiento y, en última instancia, conectar las estructuras magnéticas microscópicas con las propiedades eléctricas macroscópicas.

Potenciando el magnetismo topológico: Como herramienta de caracterización principal para la investigación de estructuras magnéticas topológicas, la AFM puede proporcionar soporte de datos confiable para explorar los mecanismos de formación, la estabilidad y la integración de dispositivos de los skyrmiones, acelerando la transición de la física fundamental a los dispositivos aplicados.

Ampliando las aplicaciones de vanguardia: La capacidad demostrada en esta investigación se puede aplicar ampliamente en campos tecnológicos de vanguardia como la computación neuromórfica, el hardware inteligente inspirado en el cerebro, la comunicación de microondas de alta frecuencia y los sistemas de detección.

Creemos que la caracterización precisa es la piedra angular del progreso científico. El microscopio de fuerza atómica AtomEdge Pro se compromete a proporcionar a los investigadores globales herramientas de análisis a microescala potentes, ayudándole a ver más claro e ir más lejos en la exploración de la frontera.

Para obtener más información sobre las aplicaciones de AtomEdge Pro en materiales magnéticos, espintrónica y otros campos de vanguardia, no dude en contactarnos para un intercambio técnico o para solicitar pruebas de muestra.