科學(xué)家利用X射線誘導(dǎo)產(chǎn)生單個(gè)零場(chǎng)斯格明子及其二維“人工晶體”
磁斯格明子具有尺寸小和易電流驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為可以應(yīng)用于下一代高能效、高密度的磁性存儲(chǔ)器當(dāng)中。而斯格明子的精確產(chǎn)生則是進(jìn)一步研究斯格明子物理特性及相關(guān)器件的前提。最近,中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心磁學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室M02課題組的光耀、劉藝舟、特聘研究員于國(guó)強(qiáng)、研究員韓秀峰等人與德國(guó)馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所教授Gisela Schütz團(tuán)隊(duì)、美國(guó)加州大學(xué)洛杉分校教授Yaroslav Tserkovnyak團(tuán)隊(duì)、蘭州大學(xué)教授彭勇團(tuán)隊(duì)合作,利用一種具備高時(shí)空分辨率的軟X射線磁性成像技術(shù),在室溫零場(chǎng)條件下成功誘導(dǎo)產(chǎn)生100 nm尺寸的斯格明子。斯格明子的產(chǎn)生機(jī)制是由X射線誘導(dǎo)的交換偏置再定向效應(yīng)所主導(dǎo)的。除精確地產(chǎn)生單個(gè)斯格明子外,他們還利用X射線產(chǎn)生了多種結(jié)構(gòu)的斯格明子二維“人工晶體”。 該項(xiàng)研究利用掃描透射X射線顯微鏡(STXM)對(duì)[Pt/Co/IrMn]n交換偏置多層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,首次發(fā)現(xiàn)X射線輻照可以誘導(dǎo)反鐵磁序的重取向,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了反鐵磁序以及與之耦合的鐵磁序的高空間分辨光學(xué)調(diào)控。利用這一現(xiàn)象,研究團(tuán)隊(duì)首先成功地在迷宮疇的背景下實(shí)現(xiàn)了零外磁場(chǎng)下的任意形狀單疇磁區(qū)域,如圖1所示。利用X射線在單疇區(qū)域掃描特定小尺寸區(qū)域,還能夠精準(zhǔn)定位產(chǎn)生單個(gè)斯格明子。更進(jìn)一步,通過大面積的位點(diǎn)掃描,成功地構(gòu)造出了斯格明子陣列,如三角、正方和kagome三種構(gòu)形(圖2)。 該項(xiàng)研究為調(diào)控反鐵磁序磁結(jié)構(gòu)提供了一種新的思路,利用這種方法還有望進(jìn)一步推動(dòng)在交換偏置體系中實(shí)現(xiàn)反鐵磁斯格明子。由于X射線的短波長(zhǎng)特性,該方法有望用于調(diào)控小于10 nm尺寸的反鐵磁序,極大地提高了光控磁的空間分辨率。該項(xiàng)研究還能激勵(lì)更多利用X射線方法操控磁序的研究,進(jìn)一步推動(dòng)磁性材料中針對(duì)磁序的高空間分辨率光學(xué)調(diào)控。 |