[Trường hợp ứng dụng AtomEdge Pro] Đạt được hình ảnh chính xác ở cấp độ nano của Skyrmion nhiệt độ phòng trong MTJ

Trong lĩnh vực spintronics và bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên từ tính (MRAM) thế hệ tiếp theo, skyrmion từ tính được coi là ứng cử viên cốt lõi để xây dựng các thiết bị thông tin hiệu suất cao trong tương lai do tính ổn định topo độc đáo và mật độ dòng điện điều khiển thấp của chúng. Tuy nhiên, việc quan sát trực tiếp và đặc trưng chính xác các cấu trúc từ tính ở quy mô nano này trong các ngăn xếp tiếp giáp đường hầm từ tính (MTJ) trong điều kiện nhiệt độ phòng và tương thích với các thiết bị thực tế vẫn là một thách thức chính trong lĩnh vực này.

Gần đây, bằng cách sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử AtomEdge Pro, chúng tôi đã đạt được thành công trong việc trực quan hóa và đặc trưng trực tiếp các trạng thái tồn tại của skyrmion từ tính và miền mê cung trong một cấu trúc SAF/MgO/[Ta/Co/Pt] phức tạp₉ ngăn xếp MTJ ở nhiệt độ phòng, đánh dấu một bước quan trọng hướng tới việc ứng dụng các cấu trúc từ tính topo từ nghiên cứu cơ bản.

Mẫu thử nghiệm:

SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉ là một cấu trúc màng mỏng đa lớp từ tính phức tạp, có thiết kế ngăn xếp chính xác nhằm tạo ra sự hình thành của skyrmion.

Những phát hiện chính: Sử dụng chế độ Kính hiển vi lực từ (MFM) của AtomEdge Pro, trong một khu vực quét 10µm * 10µm, chúng tôi đã tiết lộ rõ ràng sự cùng tồn tại của cả cấu trúc miền từ skyrmion và miền mê cung trên bề mặt mẫu.

Phân tích định lượng: Để đặc trưng chính xác hơn các cấu trúc, chúng tôi đã thực hiện phân tích hồ sơ đường trên các hình ảnh. Dữ liệu cho thấy:

Đường kính của skyrmion được đánh dấu bằng đường màu đỏ là 234 nm (như trong Hình b).

Chiều rộng miền của miền mê cung là 217 nm (như trong Hình c).

Kết quả này không chỉ thể hiện trực quan hai hình thái miền từ mà còn cung cấp các phép đo có độ chính xác dưới nanomet về kích thước của chúng, cung cấp bằng chứng không gian thực có giá trị để hiểu các cơ chế hình thành và tính ổn định của chúng.

Các kỹ thuật đặc trưng từ tính vĩ mô truyền thống (chẳng hạn như Đo từ độ mẫu rung, Kính hiển vi hiệu ứng Kerr quang từ) bị giới hạn bởi độ phân giải không gian, gây khó khăn cho việc thực hiện hình ảnh chi tiết về các kết cấu từ tính ở quy mô nano như skyrmion. Những lý do chính khiến AtomEdge Pro đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu này nằm ở những ưu điểm kỹ thuật cốt lõi của nó:

Độ phân giải không gian cực cao: AtomEdge Pro sử dụng các đầu dò từ tính có độ nhạy cao để phát hiện chính xác những thay đổi trong gradient lực từ trên bề mặt mẫu, cho phép độ phân giải không gian ở quy mô nano.

Đặc trưng định lượng chính xác: Nó không chỉ "nhìn thấy" mà còn "đo lường chính xác." Thông qua phân tích dữ liệu chính xác của hình ảnh MFM, các thông số vật lý chính như kích thước miền, phân bố và hình thái có thể được trích xuất, cung cấp dữ liệu thực nghiệm đáng tin cậy cho các tính toán lý thuyết và thiết kế thiết bị.

Khả năng tương thích mẫu mạnh mẽ: Ngăn xếp MTJ được thử nghiệm ở đây là một cấu trúc màng đa lớp hướng đến các ứng dụng thực tế. AtomEdge Pro đã thực hiện thành công đặc trưng không phá hủy, độ phân giải cao trên đó, chứng minh khả năng ứng dụng mạnh mẽ của nó trong việc nghiên cứu các mẫu cấp thiết bị phức tạp.

Thử nghiệm thành công này không chỉ chứng minh mạnh mẽ hiệu suất của AtomEdge Pro mà còn có tầm quan trọng đáng kể đối với các lĩnh vực nghiên cứu liên quan:

Thúc đẩy nghiên cứu MRAM: Việc nhận ra và quan sát trực tiếp skyrmion trong các tiếp giáp đường hầm từ tính là chìa khóa để chuyển đổi tiềm năng của chúng thành các thiết bị thông tin thế hệ mới. AtomEdge Pro cung cấp bằng chứng không gian thực quyết định để xác minh sự tồn tại của chúng, hiểu hành vi của chúng và cuối cùng kết nối các cấu trúc từ tính vi mô với các đặc tính điện vĩ mô.

Trao quyền cho từ tính topo: Là một công cụ đặc trưng cốt lõi để nghiên cứu cấu trúc từ tính topo, AFM có thể cung cấp hỗ trợ dữ liệu đáng tin cậy để khám phá các cơ chế hình thành, tính ổn định và tích hợp thiết bị của skyrmion, đẩy nhanh quá trình chuyển đổi từ vật lý cơ bản sang các thiết bị ứng dụng.

Mở rộng các ứng dụng biên giới: Khả năng được thể hiện trong nghiên cứu này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghệ tiên tiến như điện toán thần kinh, phần cứng thông minh lấy cảm hứng từ bộ não, truyền thông vi sóng tần số cao và hệ thống cảm biến.

Chúng tôi tin rằng đặc trưng chính xác là nền tảng của tiến bộ khoa học. Kính hiển vi lực nguyên tử AtomEdge Pro cam kết cung cấp cho các nhà nghiên cứu toàn cầu các công cụ phân tích quy mô nhỏ mạnh mẽ, giúp bạn nhìn rõ hơn và tiến xa hơn trong việc khám phá biên giới.

Để tìm hiểu thêm về các ứng dụng của AtomEdge Pro trong vật liệu từ tính, spintronics và các lĩnh vực tiên tiến khác, vui lòng liên hệ với chúng tôi để trao đổi kỹ thuật hoặc đăng ký thử nghiệm mẫu.