武漢大學物理科學與技術(shù)學院何軍教授課題組利用范德瓦爾斯外延技術(shù)，通過精確控制生長和溫度，在云母襯底上實現(xiàn)了大尺寸、厚度可調(diào)、具有高吸收系數(shù)的二維硒化鉛納米片。通過化學氣相沉積過程合成了具有一層單位單元厚度的半導體鈷鐵氧體納米片。并通過振動樣品磁強計、磁力顯微鏡和磁光克爾效應測量，展示了硬磁行為和磁疇演化，顯示出高于390K的居里溫度和強烈的維度效應。超薄晶體中磁性的發(fā)現(xiàn)為探索新的物理現(xiàn)象和開發(fā)下一代自旋電子器件提供了機會。

圖中CFO納米片的厚度相關磁性質(zhì)。

a 在室溫(RT，300 K)下測量的具有不同厚度的CFO納米片的磁力顯微鏡相位圖像(MFM)。比例尺：3 μm。

b 在室溫下(RT)以垂直于平面的磁場測量的具有不同厚度的CFO納米片的磁光克爾效應(MOKE)磁滯回線。箭頭指示了掃描方向。

c 在低溫(CT，80 K)、室溫和高溫(ET，360 K)下，CFO納米片厚度與HC之間的關系圖。陰影區(qū)域是用于指示HC變化趨勢的參考線。在室溫下，典型薄(d)和厚(e)CFO納米片的MOKE顯微鏡圖像顯示了磁化翻轉(zhuǎn)過程。薄納米片的磁化翻轉(zhuǎn)是均勻的，而較厚的納米片則在磁疇內(nèi)開始翻轉(zhuǎn)。比例尺：20 μm。

實驗中磁性測量是通過配備振動樣品磁測量裝置的物性測量系統(tǒng)(PPMS，Quantum Design)進行的，還使用了MFM(Bruker Dimension Icon)和具有617 nm波長LED的Kerr顯微鏡(TuoTuo Technology，TTT-03)

自旋電子學經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，從傳感器，到非易失性磁存儲，再到新材料的特性研究，自旋電子學是當前科學研究的熱點，也被工業(yè)界重視。磁疇的直接觀測與記錄，對于材料的研究有著重要的意義;對磁疇運動過程的剖析，不僅直觀的展現(xiàn)了磁性翻轉(zhuǎn)，而且有助于分析物理過程的機理。

相較于傳統(tǒng)的單點磁滯回線測量儀，磁光克爾綜合測試平臺，可以追蹤平面內(nèi)數(shù)百萬點的實時磁性動態(tài)信息。結(jié)合該測試平臺提供的直流探針，高頻探針，樣品的測試便捷。當下自旋電子學或磁學的研究，已經(jīng)由磁性驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)，發(fā)展到了直流電流驅(qū)動、脈沖電流驅(qū)動、微波脈沖驅(qū)動、光驅(qū)動等一系列的激勵源作用下的深度研究。

閃光科技為您提供的標準系統(tǒng)按照性能優(yōu)先，穩(wěn)定性優(yōu)先的設計思路，可以滿足實驗室研究及工業(yè)生產(chǎn)中各種相關材料的測試需求。標準設備中提供了磁場激勵、電流激勵等多種選項，是客戶在自旋特性研究中的得力測試平臺。

應 用 示 例

垂直磁各向異性薄膜顯微磁疇測量(鐵磁性/亞鐵磁性薄膜磁疇翻轉(zhuǎn))

(a)為樣品 Ta(4 nm)/CoFeB (0.7 nm)/MgO(2 nm)/Ta(2 nm)在磁場的驅(qū)動實現(xiàn)磁疇運動和翻轉(zhuǎn)，樹枝狀磁疇，磁矩“1”和“0”信息狀態(tài)清晰可見。彩色環(huán)帶表示磁疇壁，白色小箭頭表示的是奈爾疇壁中磁矩方向，表示磁疇運動方向。

(b)為樣品 CoTb(6 nm)/SiN(4 nm)在零磁場附近出現(xiàn)迷宮疇以及孤立斯格明子磁泡結(jié)構(gòu)(Skyrmions Bubble)，圖中單個穩(wěn)定的 Skyrmions Bubble 的尺寸為 1μm。為研究基于 SK-RM賽道存儲器提供光學無損傷探測支持。

面內(nèi)磁各向異性薄膜顯微磁疇測量

(a)面內(nèi)磁各向異性樣品，縱向-磁光克爾測試裝置示意圖。

(b)為樣品 Pt(4 nm)/Co (5 nm)/Ta(2 nm)在磁場的驅(qū)動實現(xiàn)磁疇運動和翻轉(zhuǎn)，磁矩“1”和“0”信息狀態(tài)清晰可見。

(c)為樣品的磁滯回線，縱坐標為歸一化的磁光克爾信號，橫坐標為面內(nèi)掃描磁場。

二維磁性材料的自旋特性研究

二維鐵磁材料的發(fā)現(xiàn)為基礎物理和下一代自旋電子學打開了大門，其單晶層狀結(jié)構(gòu)給磁性表征帶來了挑戰(zhàn)，磁光克爾效應是表征其磁疇狀態(tài)的技術(shù)手段。

圖為 120K 下二維磁性材料 CrTe2在磁場驅(qū)動下實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)不同層數(shù) CrTe2 的矯頑力場(Hc)存在較大差異。

TTT-02-Kerr Microscope兼容低溫，覆蓋 5K-500K 范圍的樣品測試環(huán)境。

電流驅(qū)動的磁性翻轉(zhuǎn)

(a) FePt(10 nm)樣品電輸運表征與磁光克爾實現(xiàn)同步測試裝置示意圖。

(b)和(c)電流驅(qū)動磁矩翻轉(zhuǎn)和磁疇運動。沿 FePt 薄膜生長方向出現(xiàn)分層，呈現(xiàn)階段式翻轉(zhuǎn)，如同神經(jīng)突觸收到多個閾值信息產(chǎn)生信息傳遞。

施加不同方向輔助場 Hx，樣品磁疇翻轉(zhuǎn)極性發(fā)生轉(zhuǎn)變，如上圖(b)所示。

磁疇成像輔助測量，有助于實現(xiàn)多角度解釋電輸運信號中的反常信號，以及閾值電流下的磁疇取向與狀態(tài)。

審核編輯黃宇