[发明专利]高密度斯格明子薄膜材料有效

专利信息
申请号: 201710673605.0 申请日: 2017-08-09
公开(公告)号: CN109390463B 公开(公告)日: 2020-12-22
发明(设计)人: 张颖;何敏;李刚;蔡建旺;谷林;沈保根 申请(专利权)人: 中国科学院物理研究所
主分类号: H01L43/08 分类号: H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12
代理公司: 北京泛华伟业知识产权代理有限公司 11280 代理人: 王勇;张磊
地址: 100190 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 高密度 明子 薄膜 材料
【说明书】:

发明提供了一种高密度斯格明子薄膜材料,包括依次堆叠的第一重金属薄膜、Co层和第二重金属薄膜,所述Co层在平行和垂直于其膜面方向上都具有磁矩分量,所述Co层的厚度与其自旋重取向转变区临界厚度的比值大于1且不大于1.2。本发明的斯格明子薄膜材料能形成高密度斯格明子,且能在宽温区内和一定外加磁场下稳定存在。

技术领域

本发明涉及斯格明子薄膜材料,具体涉及一种高密度斯格明子薄膜材料。

背景技术

随着现代电子信息技术的高速发展,对磁信息存储器件的存储密度和能耗提出了越来越高的要求。具有粒子特性的磁性斯格明子(skyrmion)的尺寸为纳米量级(10-100nm),是一种具有拓扑保护的磁结构。斯格明子的自旋排列克服了传统磁性材料尺寸的局限性,并能保证存储信息的可靠性。斯格明子的拓扑磁畴结构可以使得电流与之发生相互作用产生拓扑霍尔效应,驱动斯格明子的电流密度比驱动传统磁畴壁低5~6个量级,因此有望应用于高密度、低能耗的新一代磁存储和自旋电子学器件中。

斯格明子薄膜材料体系因其能在室温条件下形成斯格明子,且薄膜参数易于调控,与薄膜器件具有很好的兼容性,因此被认为是具有实用化前景的斯格明子材料体系。目前的研究工作集中在第一重金属层/铁磁层/第二重金属层三明治结构的多层膜材料体系,其中铁磁层的磁矩方向垂直于膜面。在具有垂直磁各向异性的铁磁层薄膜两侧生长不同的重金属薄膜材料,铁磁层两侧界面处会由于对称性破缺而诱导出界面Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用,从而可形成斯格明子。

例如,首先制备Pt/Co/Ta多层膜,其中Co的厚度为1.85纳米。在室温下垂直其膜面施加磁感应强度为680Oe的磁场,条状磁畴结构转变成斯格明子纳米磁畴。图1示出了Pt/Co/Ta多层膜中形成的斯格明子在磁场未撤销时的洛伦兹透射电镜图。从图1可以看出,形成的斯格明子的密度很低,无法实现高密度存储。图2是图1所示Pt/Co/Ta多层膜的磁滞回线图,从图2可以看出,在垂直膜面方向具有明显的垂直磁各向异性分量,在垂直磁各向异性的斯格明子薄膜材料中存在斯格明子的密度低的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题,本发明的实施例提供了一种高密度斯格明子薄膜材料,包括:包括依次堆叠的第一重金属薄膜、Co层和第二重金属薄膜,所述Co层在平行和垂直于其膜面方向上都具有磁矩分量,所述Co层的厚度与其自旋重取向转变区临界厚度的比值大于1且不大于1.2。

优选的,所述Co层的厚度与其自旋重取向转变区临界厚度的比值大于1且不大于1.13。

优选的,所述Co层的厚度为1.95~2.2纳米。

优选的,所述第一重金属为Pt、Ta、W、Pd、Ph、Ir、Pb或Au,所述第二重金属为Pt、Ta、W、Pd、Ph、Ir、Pb或Au。

优选的,所述第一重金属和第二重金属为Pt、Ta、W、Pd、Ph、Ir、Pb和Au中的任意两种不同金属。

优选的,所述薄膜材料为Pt/Co/Ta。

本发明的实施例还提供了一种磁存储材料,由以上述的高密度斯格明子薄膜材料为重复单元生长形成。

本发明的斯格明子薄膜材料能形成高密度斯格明子。所形成的高密度斯格明子能在宽温区内和一定外加磁场下稳定存在,是一种理想的高密度磁存储材料,有望应用于室温、高密度磁存储器件中。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明,其中:

图1是现有技术的Pt/Co(1.85nm)/Ta多层膜中形成的斯格明子在磁场未撤销时的洛伦兹透射电镜图。

图2是图1所示Pt/Co(1.85nm)/Ta多层膜的磁滞回线图。

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