Способ создания скирмионов и их массивов в магнитной среде

Название разработки

Способ создания скирмионов и их массивов в магнитной среде.

Назначение

Предложенная технология обеспечивает возможность создания отдельных скирмионов, а также массивов скирмионов произвольной формы в пленках с перпендикулярной магнитной анизотропией и взаимодействием Дзялошинского-Мория, магнитных микро- и наноструктурах.

Описание, характеристики

Изобретение относится к области электроники и наноэлектроники, а именно, спинтронике. Магнитные вихри и скирмионы, являясь устойчивыми наноразмерными объектами, привлекают активное внимание исследователей, что связано с перспективами развития спинтроники, устройств сверхплотного хранения информации, магнитной памяти нового поколения, в которых в качестве активных функциональных элементов могут выступать скирмионы. Для реализации скирмионных состояний требуются определенные условия. Предложена технология создания скирмионов и их массивов в магнитных нано- и микроструктурах, а также пленках с взаимодействием Дзялошинского–Мория и перпендикулярной магнитной анизотропией с помощью воздействия магнитным зондом атомного силового микроскопа с определенным шагом сканирования.

Предложенный способ создания скирмионов и их массивов в магнитной среде включает формирование среды с взаимодействием Дзялошинского-Мория и перпендикулярной анизотропией, измерение петель магнитного гистерезиса, определение критических полей зарождения доменной структуры, определение констант эффективной магнитной анизотропии и взаимодействия Дзялошинского-Мория, подготовку магнитного образца (среды) и магнитного зонда, предварительное сканирование образца магнитным зондом, модификацию магнитной структуры зондом и создание скирмионов или массивов скирмионов.

Предлагается технология создания многослойных плёнок, состоящих из слоёв «тяжёлых» металлов с сильным спин-орбитальным взаимодействием и ферромагнетика. Определены параметры (толщина слоёв, последовательность, материалы), которые позволяют получить скирмионы, устойчивые в отсутствие магнитных полей.

Показана технология зарождения скирмионов с помощью воздействия магнитным зондом атомного силового микроскопа. Используя принципы зондовой нанолитографии пользователь может создавать как единичные скирмионы, так и массивы скирмионов произвольной конфигурации; диаметр получаемых скирмионов от 200 нм и меньше.

Преимущества перед известными аналогами

Для получения среды, в которой записываются скирмионы, используются кремниевые пластины с естественным слоем оксида кремния, что делает способ совместимым с существующим полупроводниковым производством.

Использование в качестве многослойных магнитных нано-, микроструктур и плёнок, состоящих из слоёв «тяжёлых» металлов и ферромагнетика, позволяет создавать скирмионы, которые сохраняются как в присутствии внешних магнитных полей, так и без магнитного поля.

Возможность создания массивов скирмионов произвольной конфигурации, позволяет проводить экспериментальные исследования влияния скирмионов на спин-волновые свойства нано- и микроструктур, создавать прототипы устройств скирмионной памяти (один из видов магниторезистной памяти) и магнитной логики.

Область(и) применения

Предложенный способ позволил получить отдельные скирмионы, а также массивы скирмионов произвольной формы, которые могут быть использованы для создания магниторезистивной памяти, элементов магнитной логики, магнонных и нейроморфных устройств.

Правовая защита

Патент на изобретение «Способ создания скирмионов и их массивов в магнитной среде с помощью зонда сканирующего микроскопа» № 2702810 зарегистрирован в государственном реестре 11.10.2019 г.

Стадия готовности к практическому использованию

Стадия НИОКР; проведены лабораторные испытания.

Авторы

Огнев А.В., Самардак А.С., Колесников А.Г.