斯格明子被遍布以为是鹏程数据存款和储蓄的雅观材料,磁性斯格明子是一种受拓扑爱戴的自旋布局

高密度、快速及低成本的数据存储是当今信息革命最重要的基础之一,大数据存储及分析需要科学家为下一代磁记忆设备寻找新的磁系统,以满足人们在存储密度和速度上的需要。磁性斯格明子是一种受拓扑保护的自旋结构,其纳米尺度、拓扑保护稳定性,以及能被极低功率的自旋极化电流所驱动的性质使其在未来自旋电子学领域的应用前景广阔,被普遍认为可能成为下一代磁存储器件中的理想数据存储单元。但要将磁性斯格明子这些引人注目的特性转化为实际的自旋电子器件,关键的挑战在于实现对其性质的有效控制,比如尺寸、密度和热力学稳定性等。

中科院强磁场科学中心29日消息,该中心科研人员与韩国科研人员联手,在新一代磁记忆的数据储存设备研究中获得突破性进展,在国际上首次在氧化物薄膜中直接观测到斯格明子。据介绍,
斯格明子被普遍认为是未来数据存储的理想材料。

针对这一关键问题,在“大科学装置前沿研究”重点专项等的支持下,中国科学院合肥物质科学研究院陆轻铀研究组与韩国基础科学研究所、首尔国立大学Tae
Won Noh、Lingfei Wang
研究组报告了在超薄BaTiO3/SrRuO3双层异质结构中发现铁电驱动的、高度可调谐的磁性斯格明子。研究人员使用自主研制的强磁场磁力显微镜,首次实现了对氧化物薄膜中斯格明子的直接观测,同时也测量了该体系中斯格明子的尺寸分布、密度变化及其微观动力学行为。此外,研究人员还实现了对斯格明子密度和热力学稳定性的局部、可切换和非易失性控制。相关研究成果近期发表《自然·材料》(Nature
Materials)上。

这一国际合作的科研成果,近日发表在国际著名期刊Nature Materials上。

该项研究不仅为人们深入理解氧化物薄膜中的斯格明子提供了实验基础,而且为人们从微观角度认识和操控斯格明子提供了参考,为设计基于斯格明子的、同时具有高集成性和可寻址性的功能器件指明了潜在方向。

高密度、快速、低成本的数据存储是当今信息革命最重要的基础之一。在过去的50年里,由于磁存储设备的快速发展,硬盘驱动器已经成为大家日常生活中最常见的数据存储设备。然而,目前由于个人电子设备的快速发展和大数据分析的需要,当前主要基于硅微电子和磁隧道结的磁存储器件越来越无法满足人们在存储密度和速度上的需要。因此,材料科学家和凝聚态物理学家总是渴望为下一代磁记忆设备寻找新的磁系统。

磁性斯格明子是一种有着粒子性质的自旋保护结构,其尺寸可以小到甚至只有几纳米,有着拓扑保护的稳定性,并且能被极低功率的自旋极化电流所驱动。由于这些引人注目的特性,磁性斯格明子被普遍认为可能成为下一代磁存储器件中的理想数据存储单元。

来自韩国关联电子系统研究中心的Noh等人制备出一种氧化物薄膜,通过霍尔测量可以预测系统中可能存在有斯格明子。为了验证这一点,一个直接的微观成像研究就显得尤为重要。

中科院强磁场中心的陆轻铀课题组首先将样品零场冷到4.5K,利用自主研发的该高灵敏磁力显微镜,直接观测到了该系统中的斯格明子,
这也是首次在氧化物薄膜中观测到斯格明子。同时,也测量出该体系中斯格明子的尺寸分布,密度变化,及其微观动力学行为。

另悉,该自主研发的高灵敏磁力显微镜,可在4.5K-300K和18/20T
磁场下对微观磁结构进行调控与成像,可对3um小样品进行精准定位与测量,并能对3-5层的少数原子或单胞层磁性样品实现磁结构成像,这是国际上迄今达到的最高水平。

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