一种定点产生磁斯格明子的方法

本发明属于自旋电子，具体涉及一种定点产生磁斯格明子的方法。

背景技术：

1、磁斯格明子的拓扑特性促进了赛道存储器的发展，在理论和实验上都引起了极大的关注。研究人员首次在b20材料(如mnsi4，fecosi5和fege6)中观察到斯格明子，然后在重金属/铁磁超薄膜中也观察到斯格明子，并确定界面驱动的垂直磁各向异性(pma)和dzyaloshinskii-moriya(dm)相互作用的结合使neel型斯格明子更稳定。但这些材料大多数只有在低温和外加磁场条件下才能稳定生成斯格明子。

2、为了使材料制备与工业生产相适应，并实现在室温下产生斯格明子，控制特定位置的斯格明子密度是提高赛道储存效率的关键，也是一个有待解决的问题。有人提出通过调节材料结构、电流或局部加热来增加斯格明子的密度。然而，这些方法很难实现磁学体系中斯格明子的有序分布。同时，对于斯格明子在赛道存储器中的应用，人们提出了各种成核方法来控制在室温下特定位置的产生稳定的斯格明子，如引入约束结构和施加外部磁场。然而，这些方法在工业生产中的应用并不容易。因此，目前需要一种建立高密度斯格明子的定点生成调控方法，使得形成的斯格明子能用于非易失性的高密度磁存储器件中。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种定点产生磁斯格明子的方法，该方法能定点产生磁斯格明子，并调控磁斯格明子的密度。

2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种定点产生磁斯格明子的方法，包括以下步骤：

4、在普通碳支持膜上第一磁控溅射ta形成ta基层；

5、在所述ta基层表面第二磁控溅射制备磁性多层膜，所述磁性多层膜包括多层重复单元，所述重复单元包括依次层叠的pt层、co层和ta层，得到具有磁斯格明子的磁性多层膜；所述磁性多层膜的外层为ta层；

6、利用若干束离子束在所述磁性多层膜上进行辐照绘制图案。

7、优选的，所述第一磁控溅射和第二磁控溅射的真空度独立≤5×10-8pa，工作压力独立为0.4～0.5pa。

8、优选的，所述重复单元的数量为12层。

9、优选的，所述离子束为镓离子束。

10、优选的，所述离子束的电压为30kv，电流为5pa。

11、优选的，所述离子束的光斑直径为37～60nm。

12、优选的，所述光斑之间的间距为光斑直径的0.6～0.7倍。

13、优选的，所述离子束的辐照剂量为0.5×1014～1016个离子/cm2。

14、优选的，所述普通碳支持膜的厚度为20～30μm。

15、优选的，所述ta基层的厚度为5nm；每一重复单元中pt层的厚度为3nm，co层的厚度为2.1nm，ta层的厚度为1.9nm。

16、本发明提供了一种定点产生磁斯格明子的方法，包括以下步骤：在普通碳支持膜上第一磁控溅射ta形成ta基层；在所述ta基层表面第二磁控溅射制备磁性多层膜，所述磁性多层膜包括多层重复单元，所述重复单元包括依次层叠的pt层、co层和ta层，得到具有磁斯格明子的磁性多层膜；所述磁性多层膜的外层为ta层；利用若干束离子束在所述磁性多层膜上进行辐照绘制图案。本发明通过聚焦离子束增加磁性多层膜的无序度，降低垂直磁各向异性(pma)，并通过离子束辐照产生人工缺陷，使其pt、co、ta相混合形成合金，从而改变dzyaloshinskii-moriya(dm)相互作用，使磁性多层膜定点产生磁斯格明子。磁性多层膜的薄膜界面pt、co、ta混合层数与离子束辐照剂量有关，本发明可以通过调节离子束辐照剂量来调整磁斯格明子的密度。该方法不仅可应用于基础研究，还可应用于自旋电子器件，如基于磁斯格明子的赛道存储器件中。

技术特征：

1.一种定点产生磁斯格明子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一磁控溅射和第二磁控溅射的真空度独立≤5×10-8pa，工作压力独立为0.4～0.5pa。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重复单元的数量为12层。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子束为镓离子束。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述离子束的电压为30kv，电流为5pa。

6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述离子束的光斑直径为37～60nm。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光斑之间的间距为光斑直径的0.6～0.7倍。

8.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述离子束的辐照剂量为0.5×1014～1016个离子/cm2。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述普通碳支持膜的厚度为20～30μm。

10.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述ta基层的厚度为5nm；每一重复单元中pt层的厚度为3nm，co层的厚度为2.1nm，ta层的厚度为1.9nm。

技术总结
本发明属于自旋电子技术领域，具体涉及一种定点产生磁斯格明子的方法。本发明通过聚光离子束增加磁性多层膜的无序度，降低垂直磁各向异性(PMA)，并通过离子束辐照产生人工缺陷，使其Pt、Co、Ta相混合形成合金，从而改变Dzyaloshinskii‑Moriya(DM)相互作用，使磁性多层膜定点产生磁斯格明子。磁性多层膜的薄膜界面Pt、Co、Ta混合层数与离子束辐照剂量有关，本发明可以通过调节离子束辐照剂量来调整磁斯格明子的密度。该方法不仅可应用于基础研究，还可应用于自旋电子器件，如基于磁斯格明子的赛道存储器件中。

技术研发人员：张军伟,徐琦,胡玥,姜泽,王楠,邓霞,朱柳,关超帅,彭勇
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13