ระบบการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลินทรีย์เคอร์ สะดวกให้เกิดความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ใหม่ในด้านสปินทรอนิกส์ ณ มหาวิทยาลัยซีอาน จิอาตอง

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยจากศูนย์สปินโทรนิกส์และระบบควอนตัมแห่งโรงเรียนวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยซีอานเจียวทง ได้ตีพิมพ์บทความวิจัยที่มีคุณค่าสูงในวารสารวิทยาศาสตร์ระดับนาโนสเกลที่มีชื่อเสียง Nanoscale (วารสารของ Royal Society of Chemistry) ในชื่อเรื่อง "การกลับขั้วของเครื่องหมายขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของการต้านทานแม่เหล็กอุโมงค์ในรอยต่อเฮเทอโรจังก์ชันแม่เหล็กเฟอร์โรของแวนเดอร์วาลส์" วารสารนี้มุ่งเน้นไปที่สาขาการวิจัยที่ทันสมัย เช่น วัสดุนาโน, สปินโทรนิกส์ และอุปกรณ์ที่มีมิติขนาดเล็ก ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมากภายในอุตสาหกรรม การตีพิมพ์ผลการวิจัยล่าสุดเหล่านี้โดยทีมงานมหาวิทยาลัยซีอานเจียวทงได้เติมพลังใหม่ให้กับแอปพลิเคชันของรอยต่อเฮเทอโรจังก์ชันแม่เหล็กแวนเดอร์วาลส์ในอุปกรณ์สปินโทรนิกส์ เบื้องหลังความก้าวหน้านี้ ระบบถ่ายภาพจุลภาคด้วยเลเซอร์ Kerr microscopy สนามแรงต่ำ KMP-L ที่พัฒนาขึ้นอย่างอิสระโดย Truth Instruments มีบทบาทสำคัญ โดยให้หลักฐานเชิงประจักษ์โดยตรงและเชื่อถือได้สำหรับการวิเคราะห์กลไกการเชื่อมต่อแม่เหล็กระหว่างชั้นและลักษณะการต้านทานแม่เหล็กอุโมงค์ (TMR) ของรอยต่อเฮเทอโรจังก์ชันแม่เหล็กเฟอร์โรของแวนเดอร์วาลส์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเทคนิคการจำแนกคุณลักษณะที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาการออกแบบอุปกรณ์สปินโทรนิกส์

สัญญาณ Kerr ได้รับการจำแนกคุณลักษณะโดยใช้ระบบการวัด MOKE (KMP-L, Truth Instruments) การวัด MOKE ดำเนินการโดยใช้ลำแสงเลเซอร์ HeNe ที่ตกกระทบในแนวตั้ง (λ = 633 nm) พร้อมโพลาไรเซชันเชิงเส้นและเส้นผ่านศูนย์กลางจุดโฟกัสประมาณ 5 µm ในระหว่างการวัด สนามแม่เหล็กถูกนำไปใช้ในแนวตั้งฉากกับทิศทางในระนาบของอุปกรณ์อย่างสม่ำเสมอ

รอยต่ออุโมงค์แม่เหล็ก (MTJs) เป็นส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์สปินโทรนิกส์ และการควบคุมเครื่องหมายของการต้านทานแม่เหล็กอุโมงค์ (TMR) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการขยายฟังก์ชันการทำงานของอุปกรณ์ ในรอยต่อเฮเทอโรจังก์ชันแม่เหล็กเฟอร์โรของแวนเดอร์วาลส์ (vdW) การเชื่อมต่อระหว่างชั้นระหว่างชั้นแม่เหล็กและอิทธิพลของอุณหภูมิต่อกลไก TMR เป็นสาขาหลักของการวิจัยในปัจจุบัน การจำแนกคุณลักษณะที่แม่นยำของโครงสร้างโดเมนแม่เหล็กขนาดเล็กและคุณสมบัติฮิสเทรีซิสเป็นองค์ประกอบหลักในการแก้ไขกลไกเหล่านี้

เทคนิคการวัด Magneto-Optical Kerr Effect (MOKE) โดยเฉพาะระบบที่รวมการสแกนลูปฮิสเทรีซิสที่มีความแม่นยำสูงเข้ากับความสามารถในการถ่ายภาพพื้นที่ขนาดเล็กที่มีความละเอียดสูง สามารถสังเกตวิวัฒนาการของโดเมนแม่เหล็กได้โดยตรงและแยกแยะคุณสมบัติแม่เหล็กของภูมิภาคต่างๆ ซึ่งให้หลักฐานเชิงประจักษ์ที่ขาดไม่ได้สำหรับการทำความเข้าใจหลักการเชื่อมต่อแม่เหล็กระหว่างชั้นและการควบคุม TMR

ในบทความนี้ ระบบถ่ายภาพจุลภาคด้วยเลเซอร์ Kerr microscopy สนามแรงต่ำ KMP-L ของ Truth Instruments มีบทบาทสำคัญ ด้วยฟังก์ชันการถ่ายภาพโดเมนแม่เหล็กความละเอียดสูง ทำให้สามารถจับภาพโดเมนแม่เหล็กที่แตกต่างกันระหว่างบริเวณที่ครอบคลุม CVI และบริเวณ FGT ในรอยต่อเฮเทอโรจังก์ชัน CVI/FGT ที่ 50K ได้อย่างชัดเจน ซึ่งยืนยันการเชื่อมต่อแบบแอนติเฟอร์โรแมกเนติกที่สนามแม่เหล็กเป็นศูนย์ โดยใช้ความสามารถในการตรวจจับจุดขนาดเล็ก วัดลูปฮิสเทรีซิสในบริเวณต่างๆ ของรอยต่อเฮเทอโรจังก์ชัน (เช่น บริเวณสัมผัส CVI และ FGT และบริเวณ FGT ที่เปิดออก) ซึ่งแยกแยะความแตกต่างของสนามบังคับระหว่าง CVI และ FGT ได้อย่างชัดเจน และตัดกลไกการรบกวน เช่น การตรึงสปินและการถ่ายโอนประจุออก ร่วมกับความสามารถในการทดสอบช่วงอุณหภูมิกว้าง ระบบรองรับการศึกษาการกลับขั้วของเครื่องหมาย TMR และการควบคุมความแข็งแรงของการเชื่อมต่อแม่เหล็กที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยการสังเกตการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในลูปฮิสเทรีซิสในบริเวณวิกฤตใกล้เคียงอุณหภูมิคูรีของ CVI (60K) KMP-L ให้หลักฐานเชิงประจักษ์โดยตรงและเชื่อถือได้สำหรับการวิเคราะห์ผลกระทบแม่เหล็กระหว่างชั้นและลักษณะ TMR ของรอยต่อเฮเทอโรจังก์ชันแม่เหล็กเฟอร์โรของแวนเดอร์วาลส์ ทำให้เป็นเทคนิคการจำแนกคุณลักษณะที่สำคัญสำหรับการพัฒนาการออกแบบอุปกรณ์สปินโทรนิกส์

ลักษณะเฉพาะของ KMP-L ของ Truth Instruments ตรงกับความต้องการของการวิจัยวัสดุแม่เหล็ก 2 มิติอย่างสมบูรณ์แบบ—"แม่เหล็กอ่อน, ขนาดตัวอย่างเล็ก และความต้องการการทดสอบช่วงอุณหภูมิกว้าง" ให้หลักฐานเชิงประจักษ์ที่แม่นยำและเชื่อถือได้สำหรับการแก้ไขกลไกการเชื่อมต่อแบบแอนติเฟอร์โรแมกเนติกและหลักการกลับขั้วของเครื่องหมาย TMR ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างโครงสร้างแม่เหล็กขนาดเล็กของวัสดุและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ระดับมหภาค

ความร่วมมือครั้งนี้ยืนยันคุณค่าของเครื่องมือระดับไฮเอนด์ที่ผลิตในประเทศอีกครั้ง—ไม่เพียงแต่ให้การสนับสนุนการจำแนกคุณลักษณะที่เชื่อถือได้สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ทันสมัยเท่านั้น แต่ยังกลายเป็น "สะพาน" ที่เชื่อมโยงโครงสร้างขนาดเล็กของวัสดุเข้ากับประสิทธิภาพระดับมหภาคของอุปกรณ์ Truth Instruments จะยังคงพัฒนาความต้องการในการจำแนกคุณลักษณะในสาขาต่างๆ เช่น วัสดุที่มีมิติขนาดเล็กและสปินโทรนิกส์อย่างลึกซึ้ง เพื่อให้นักวิจัยมีแนวทางแก้ไขทางเทคนิคที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพมากขึ้น เพื่อช่วยส่งเสริมความสำเร็จที่ก้าวล้ำยิ่งขึ้น