Nano Ölçekli Doğrusal Olmayan Topolojik Manyetik Yeni Durumların Araştırma İlerlemesi ve Dış Alan Düzenleme
Skyrmion, Antiskyrmion, Vortex, Antivortex ve Bubble gibi nano ölçekli doğrusal olmayan topolojik manyetik durumlar, özellikle Skyrmion Skyrmion durumu, topolojik koruma kararlılığı, küçük nanometre boyutu, manyetik alanı, sıcaklığı ve elektrik alanı ve çok kanallı regülasyonun diğer özellikleri nedeniyle, akademik camiadan büyük ilgi gördü ve gelecek nesil yüksek yoğunluklu manyetik depolama cihazlarının bilgi birimi taşıyıcısı olarak hizmet etmesi bekleniyor. Bu topolojik manyetik durumların üretimi ve düzenlenmesi, Aharonov-Bohm etkisi, Berry fazı etkisi, topolojik Hall etkisi, spin transfer torku etkisi, spin-yörünge birleştirme etkisi vb. Gibi birçok fiziksel fenomenle yakından ilgilidir. Bu nedenle, maddenin topolojik durumu ile manyetik ve elektromanyetik özellikler arasındaki ilişkinin mikroskobik bir bakış açısıyla derinlemesine incelenmesi, maddenin manyetik durumunun malzemelerin fiziksel özelliklerine katkısını derinlemesine anlamakla kalmaz, aynı zamanda malzemenin durumunu düzenleyerek uygulanmasını da teşvik eder.
Çin Bilimler Akademisi / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Laboratuvarı (Pekin), Fizik Enstitüsü, M07 Araştırma Grubu M07 Araştırma Grubundan yardımcı araştırmacı Zhang Ying, mikro yapı ve yeni özellikler arasındaki ilişkiyi incelemek için yıllarca transmisyon elektron mikroskobu yapmaya adamıştır. Son zamanlarda, Lorentz transmisyon elektron mikroskobu, manyetik alan yapısının yüksek uzaysal çözünürlüğünün avantajlarını incelemek için kullanılmıştır.Manyetik skyrmionlar, dipol etkileşimli iki yığın malzeme sisteminde ve arayüz DMI etkileşimli çok katmanlı filmlerde sistematik olarak incelenmiştir. (Skyrmion) oluşturuldu ve kontrol edildi ve amorf malzemenin manyetik girdap yapısı (Vorteks) dış alan tarafından kontrol edildi ve bir dizi sonuç elde edildi.
M05 grubundan Zhang Ying ve araştırmacı Wang Wenhong, Lorentz transmisyon elektron mikroskobu kullanarak merkezi simetri ile altıgen alaşım MnNiGa'daki geniş sıcaklıklı çift vorteks manyetik biskyrmion'u doğrudan gözlemlemek ve manyetik yapıyı analiz etmek için ilk kez birlikte çalıştı. Önceki çalışmalara göre (Advanced Materials 28, 6887 (2016)), bu sistemdeki çift skyrmion yoğunluğu yüksek değildir ve manyetik alan kaldırıldığında çift skyrmions yok olacaktır. Son zamanlarda, Zhang Ying ve doktora öğrencisi Peng Licong, geniş bir sıcaklık aralığı ve sıfır alan kararlılığına sahip yüksek yoğunluklu bir çift sigma elde etmek için yukarıda bahsedilen altıgen MnNiGa alaşımında sırasıyla akımı uygulamak ve sıcaklığı değiştirmek için Lorentz transmisyon elektron mikroskobunun örnek çubuğunu kullandılar. Mingzi ve enstitü içindeki ve dışındaki meslektaşlarıyla işbirliği içinde deneysel fenomen için makul bir açıklama yaptı. Bu çalışma, skyrmion'un güçlü manyetik alanı, düşük sıcaklık ve dar sıcaklık saklama koşulları ve düşük yoğunluk eksikliğinin üstesinden gelerek, uçucu olmayan manyetik depolama cihazlarında kullanılmasını vaat ediyor. İlgili sonuçlar npj Quantum Mater'de yayınlandı.2, 30 (2017) ve Nano Lett. 17, 7075-7079 (2017).
Kırık arayüz simetrisine sahip çok katmanlı bir film sisteminde, manyetik hava dalgalanmaları oda sıcaklığına yakın sabit bir şekilde var olabilir ve düşük akımda çalıştırılabilir.Parametrelerinin ayarlanması kolaydır, cihazlarla uyumluluğu ve mevcut düzenleme davranışındaki avantajları onu Pratik uygulamalara daha elverişli. Şu anda, esas olarak dikey manyetik anizotropiye sahip çok tabakalı film malzeme sisteminde yoğunlaşmıştır Ancak, bu dikey manyetik anizotropi çok tabakalı filmde, dış manyetik alan tarafından üretilen manyetik skyrmion yoğunluğu genellikle düşüktür ve harici alan bakımı gerektirir. M07 grubu, bir dizi Pt / Co / Ta çok katmanlı film sistemini büyütmek için magnetron püskürtme kullandı Zhang Ying ve doktora öğrencisi He Min, skyrmionların üretim yasasını analiz etti ve 50 nanometrenin altında skyrmions elde etti. Lorentz transmisyon elektron mikroskobu ile in-situ akım regülasyonu uygulanarak skyrmion yoğunluğunun kontrol edilebilir hale getirilmesi ve optimum şartlar altında sıfır alan altında yüksek yoğunluklu ve stabil var olan skyrmion'lar elde edilmiştir. 2016110947219 ve 2017106736050 Çin buluş patentleri için uygulanan ilgili çalışma ve araştırma sonuçlarının bir kısmı Appl. Phys. Lett. 111, 202403 (2017) 'de kapak resimleri olarak yayınlandı.
Zhang Ying ve doktora öğrencisi Zuo Shulan ve diğerleri, yüksek miktarda nadir toprak Ce elementi içeren CeFeB amorf alaşımlarında Vortex manyetik alan yapısını ilk kez keşfetti.Doğrusal olmayan manyetik vorteks vorteks vorteks-antivorteksin manyetik alan yapısının oluşumu ve bir manyetik alan uygulaması Elektrik alanı ve sıcaklık alanının etkisi altındaki evrim sistematik olarak incelenmiştir. Topolojik bir manyetik alan yapısı olarak, Vortex yapısı bilgi depolama alanında potansiyel uygulamalara sahiptir.Önceden, amorf porosidium alaşımlarında daha çok çalışılmıştır. CeFeB alaşımında girdap oluşumu ve düzenlenmesi üzerine yapılan araştırma, yüksek bolluktaki nadir toprak elementlerinin yeni uygulamalarını genişletmiştir.İlgili sonuçlar Acta Materialia 140, 465e471 (2017) 'de yayınlanmıştır.
Şekil 1 Altıgen alaşım MnNiGa'da, gösterilen termal kontrol yöntemi ve Lorentz transmisyon elektron mikroskobu aracılığıyla, gerçek uzayda ve fazda yüksek yoğunluklu, uçucu olmayan, sıfır alanlı, geniş sıcaklık aralıklı bir çift skyrmion kafes gözlenmiştir. Karşılık gelen sıcaklık koşulları altında, saf manyetik alan tarafından üretilen rastgele dağıtılmış çift hava dalgalanmaları zıttır ve düzenleme ile elde edilen hava dalgalanmaları, manyetik alan kaldırıldıktan sonra hala kararlı bir şekilde var olabilir.
Şekil 2 Lorentz transmisyon elektron mikroskobu kullanan altıgen alaşım MnNiGa'da, farklı manyetik alanlar altındaki termal kontrol yöntemi, skyrmionların oluşumu ve yoğunluk dağılımı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Manyetik alanın regülasyon üzerindeki etkisinin daha ileri analizi, elektron spin rezonans absorpsiyon spektrumunun sonuçları, Curie sıcaklığı TC'nin üzerinde kısa menzilli sıralı ferromanyetik kümeler olduğunu göstermektedir.Sıcaklıkla enerji bariyeri değişiminin kantitatif hesaplamaları, sıcaklığın Curie sıcaklığının altına düştüğünü göstermektedir. Enerji bariyeri sıcaklıkta önemli ölçüde yükselir, bu nedenle Tc yukarıda olduğunda manyetik alanın, skyrmion çekirdeklenmesini kolaylaştırmak için ferromanyetik kümeleri kontrol edebileceğine inanılır.Soğutma işlemi sırasında enerji bariyerindeki ve topolojik korumadaki artış, skyrmions üretilmesine neden olur. Sıfır alanında kararlı olabilir, ayrıntılar için makale açıklamasına bakın.
Şekil 3 Pt / Co / Ta çok katmanlı filmde, Lorentz transmisyon elektron mikroskobu, en iyi elektromanyetik kontrol koşulları altında sıfır alan altında kararlı bir şekilde var olan, yüksek yoğunluklu ve 50 nm'den küçük boyutta skyrmions elde etmek için kullanıldı.
Şekil 4 Amorf CeFeB malzemesinde, uygulanan elektrik alanı, manyetik alan ve sıcaklık alanındaki manyetik girdap ve antivorteksin evrimini incelemek için Lorentz transmisyon elektron mikroskobu kullanıldı.
Bu çalışma serisi, enstitüdeki ve yurt dışındaki birçok öğretmenin işbirliği ve güçlü desteği ile tamamlandı.Aynı zamanda Ulusal Anahtar Temel Araştırma ve Geliştirme Programı (2015CB921401), Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Projesi (No. 2016YFB0700902, 2016YFA0300300) ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı'nı ( 11374349, 51590880, 51431009, 51371192, 51561145003, 51471183), Çin Bilimler Akademisi Gençlik İnovasyon Teşvik Derneği Projesi (2015004) ve diğer fonlar.
İlgili çalışma bağlantıları:
MnNiGa Magnet'te Uçucu Olmayan Sıfır Alanlı Biskyrmion Kafes Üretiminin Gerçek Uzay Gözlemi. Nano Lett. 17,7075-7079 (2017). Http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.7b03792
Elektrik akımı ile yüksek yoğunluklu biskyrmion üretimi. Npj Quantum Mater. 2, 30 (2017).
https://www.nature.com/articles/s41535-017-0034-7
Pt / Co / Ta çok tabakalarında elektromanyetik manipülasyon yoluyla sıfır alanlı skyrmionların gerçekleştirilmesi. Appl. Phys. Lett. 111, 202403 (2017). Https://doi.org/10.1063/1.5001322
Amorf CeFeB şeridindeki harici alanlarla manyetik girdap manipülasyonunun yerinde gözlemi. Açta Materialia 140, 465e471 (2017). Https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.07.054
100340 K geniş bir sıcaklık aralığında süperstabil biskyrmion manyetik nanodomenlere sahip merkezcil simetrik altıgen mıknatıs. Adv. Mater. 68876893 (2016). Http://dx.doi.org/10.1002/adma.201600889
Şekil 1. Lorentz transmisyon elektron mikroskobu aracılığıyla, optimal termal kontrol koşulları altında, MnNiGa'da yüksek yoğunluklu, uçucu olmayan, sıfır alan kararlı oda sıcaklığında çift skyrmion kafes elde edilir.
Şekil 2. Lorentz transmisyon elektron mikroskobu ısıl düzenleme işlemi ile farklı manyetik alanlar altında oda sıcaklığında farklı yoğunluk ve dağılımlarda çift hava değişimleri elde edilir.
Şekil 3. Lorentz transmisyon elektron mikroskobu ile elektromanyetik kontrol yoluyla dikey Pt / Co / Ta çok katmanlı filmlerde yüksek yoğunluklu, sıfır alan kararlı skyrmions elde edilir.
Şekil 4. Lorentz transmisyon elektron mikroskobu sıcaklığı, akımı, manyetik alanı ve diğer dış alan kontrolü aracılığıyla amorf CeFeB'de vorteks-antivorteksin evrimini inceleyin.
Düzenleme: yangfz
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
