用于室温二维磁性半导体的超薄铁氧体纳米片

武汉大学物理科学与技术学院何军教授课题组利用范德瓦尔斯外延技术，通过精确控制生长和温度，在云母衬底上实现了大尺寸、厚度可调、具有高吸收系数的二维硒化铅纳米片。通过化学气相沉积过程合成了具有一层单位单元厚度的半导体钴铁氧体纳米片。并通过振动样品磁强计、磁力显微镜和磁光克尔效应测量，展示了硬磁行为和磁畴演化，显示出高于390K的居里温度和强烈的维度效应。超薄晶体中磁性的发现为探索新的物理现象和开发下一代自旋电子器件提供了机会。

图中CFO纳米片的厚度相关磁性质。

a 在室温(RT，300 K)下测量的具有不同厚度的CFO纳米片的磁力显微镜相位图像(MFM)。比例尺：3 μm。

b 在室温下(RT)以垂直于平面的磁场测量的具有不同厚度的CFO纳米片的磁光克尔效应(MOKE)磁滞回线。箭头指示了扫描方向。

c 在低温(CT，80 K)、室温和高温(ET，360 K)下，CFO纳米片厚度与HC之间的关系图。阴影区域是用于指示HC变化趋势的参考线。在室温下，典型薄(d)和厚(e)CFO纳米片的MOKE显微镜图像显示了磁化翻转过程。薄纳米片的磁化翻转是均匀的，而较厚的纳米片则在磁畴内开始翻转。比例尺：20 μm。

实验中磁性测量是通过配备振动样品磁测量装置的物性测量系统(PPMS，Quantum Design)进行的，还使用了MFM(Bruker Dimension Icon)和具有617 nm波长LED的Kerr显微镜(TuoTuo Technology，TTT-03)

自旋电子学经过数十年的发展，从传感器，到非易失性磁存储，再到新材料的特性研究，自旋电子学是当前科学研究的热点，也被工业界重视。磁畴的直接观测与记录，对于材料的研究有着重要的意义;对磁畴运动过程的剖析，不仅直观的展现了磁性翻转，而且有助于分析物理过程的机理。

相较于传统的单点磁滞回线测量仪，磁光克尔综合测试平台，可以追踪平面内数百万点的实时磁性动态信息。结合该测试平台提供的直流探针，高频探针，样品的测试便捷。当下自旋电子学或磁学的研究，已经由磁性驱动的翻转，发展到了直流电流驱动、脉冲电流驱动、微波脉冲驱动、光驱动等一系列的激励源作用下的深度研究。

闪光科技为您提供的标准系统按照性能优先，稳定性优先的设计思路，可以满足实验室研究及工业生产中各种相关材料的测试需求。标准设备中提供了磁场激励、电流激励等多种选项，是客户在自旋特性研究中的得力测试平台。

应 用 示 例

垂直磁各向异性薄膜显微磁畴测量(铁磁性/亚铁磁性薄膜磁畴翻转)

(a)为样品 Ta(4 nm)/CoFeB (0.7 nm)/MgO(2 nm)/Ta(2 nm)在磁场的驱动实现磁畴运动和翻转，树枝状磁畴，磁矩“1”和“0”信息状态清晰可见。彩色环带表示磁畴壁，白色小箭头表示的是奈尔畴壁中磁矩方向，表示磁畴运动方向。

(b)为样品 CoTb(6 nm)/SiN(4 nm)在零磁场附近出现迷宫畴以及孤立斯格明子磁泡结构(Skyrmions Bubble)，图中单个稳定的 Skyrmions Bubble 的尺寸为 1μm。为研究基于 SK-RM赛道存储器提供光学无损伤探测支持。

面内磁各向异性薄膜显微磁畴测量

(a)面内磁各向异性样品，纵向-磁光克尔测试装置示意图。

(b)为样品 Pt(4 nm)/Co (5 nm)/Ta(2 nm)在磁场的驱动实现磁畴运动和翻转，磁矩“1”和“0”信息状态清晰可见。

(c)为样品的磁滞回线，纵坐标为归一化的磁光克尔信号，横坐标为面内扫描磁场。

二维磁性材料的自旋特性研究

二维铁磁材料的发现为基础物理和下一代自旋电子学打开了大门，其单晶层状结构给磁性表征带来了挑战，磁光克尔效应是表征其磁畴状态的技术手段。

图为 120K 下二维磁性材料 CrTe2在磁场驱动下实现翻转，发现不同层数 CrTe2 的矫顽力场(Hc)存在较大差异。

TTT-02-Kerr Microscope兼容低温，覆盖 5K-500K 范围的样品测试环境。

电流驱动的磁性翻转

(a) FePt(10 nm)样品电输运表征与磁光克尔实现同步测试装置示意图。

(b)和(c)电流驱动磁矩翻转和磁畴运动。沿 FePt 薄膜生长方向出现分层，呈现阶段式翻转，如同神经突触收到多个阈值信息产生信息传递。

施加不同方向辅助场 Hx，样品磁畴翻转极性发生转变，如上图(b)所示。

磁畴成像辅助测量，有助于实现多角度解释电输运信号中的反常信号，以及阈值电流下的磁畴取向与状态。

审核编辑 黄宇