致真精密仪器助力北京航空航天大学研究团队发表重要成果

近日，北京航空航天大学集成电路科学与工程学院赵巍胜教授、张悦教授团队在超快自旋轨道矩（SOT）领域实现重大突破，首次在CoTb/ Ti/CoFeB/MgO异质结构中实现皮秒级垂直磁化无场翻转，相关成果发表于国际知名期刊《 Nature Communications》 ，论文题为 “Picosecond all-electrical perpendicular magnetization switching”。致真精密仪器PS1DX-Cryo 低温探针台为本项研究的精密测试环节提供关键硬件支撑，保障实验数据精准可靠。

当前，非易失性自旋电子存储 、逻辑器件已在类脑计算 、量子计算、传感等领域展现出广阔应用前景。但传统器件磁化翻转速度普遍处于纳秒量级，不仅限制运算速率，还存在能耗偏高的问题 。此前虽有研究利用超快激光实现皮秒级磁翻转，却无法兼容主流 CMOS  集成电路工艺；而基于自旋轨道矩的电驱动磁化翻转，长期难以在无外磁场条件下达成皮秒级超快响应，成为制约行业发展的技术瓶颈。

本研究创新性选用稀土 -  过渡金属亚铁磁合金CoTb作为自旋轨道矩源层 。该材料具备极强的自旋 -  轨道耦合效应，可同时产生面内、面外两类自旋电流，大幅提升电荷  -   自旋转换效率 。经过组分优化后，Co0.76Tb0.24体系展现出最优综合性能。

核心实验成果

1 ．超高速翻转：实现最短16 ps 的确定性磁化翻转，刷新电驱动垂直磁化无场翻转速度的世界纪录；

2 ．超低能耗：针对100 x 100nm2尺寸器件，单次翻转能耗低至41 fJ/bit，相比传统铁磁材料能耗降低一个数量级；

3 ．宽温区稳定工作：器件可在  10–350 K  超宽温度范围内实现稳定无场翻转，极大提升了实际应用价值。

▲《Nature Communications》论文部分截图

本研究需要在宽温环境下完成直流电学测试 、电流诱导磁化翻转、反常霍尔电阻检测等多项高精度实验，致真精密仪器PS1DX-Cryo低温探针台可提供温度范围＜8K~420K 有效保障实验顺利推进 。该设备可精准覆盖  10–350 K  全实验温区，温控稳定 、抗干扰能力强，能够有效屏蔽外界环境对微弱电 、磁信号的影响，保障测试精度 。同时设备完美适配Hall bar 微纳器件的测试需求，全程支撑团队完成毫秒级脉冲磁化翻转 、 电学参数标定等核心数据采集工作。依托低温探针台稳定可靠的运行性能，团队成功验证了器件在全温区范围内无场磁化翻转的稳定性，为论文核心结论提供了坚实的实验支撑。

结合微磁学模拟与数值分析， 团队进一步厘清了脉冲宽度 、 自旋电流配比与器件能耗、翻转效率的内在关联 。研究发现，当自旋极化倾角η约为 45°  时 ，器件可同时实现超快响应与最低能耗；16 ps  超快翻转遵循相干磁化转动机制，磁矩翻转过程整体均匀 、效率极高。

对比传统铁磁材料，COTb这类稀土亚铁磁合金优势十分突出： 电荷 -  自旋转换效率更高、杂散场微弱，适配高密度集成场景；且材料为非晶结构，可实现晶圆级大规模制备，与现有半导体工艺具备良好兼容性。

此项成果成功将自旋电子器件工作频率从吉赫兹（GHz）推向太赫兹（THz）  区间，为研发超高速、低功耗 、易集成的新一代自旋芯片开辟了全新方向 。而致真精密仪器低温探针台的应用，也再次证明国产精密测试设备在前沿自旋电子学研究中，已具备比肩国际水平的实力，能够为高端科研项目保驾护航。

闭环低温面内磁场探针台PS1DX-Cryo

PS1DX-Cryo闭环低温面内磁场探针台专为磁性材料及自旋电子器件输运测试设计,是低温磁输运测量的优先选择。

PS1DX-Cryo探针台提供了完整的控制及测试软件，为用户提供自动化、系统化测试解决方案。用户通过软件可实时监测、控制探针台的温度与磁场，配合软件包含的磁电阻、二次谐波、自旋力矩-铁磁共振、自旋泵浦等直流和微波测试序列，完成对半导体材料、微纳米器件、磁性材料和自旋电子器件等多类型样品的测试。

致真精密仪器

致真精密仪器聚焦高端科学仪器与集成电路测试设备的技术突破与自主研制，深耕微纳表征、磁学测量、低温强磁物性表征、半导体量检测等领域，通过核心技术攻关与工程化落地，已成功推出系列高端科研级设备与产业级解决方案：

科研级核心设备：原子力显微镜（微纳形貌表征核心设备）、高精度 VSM（振动样品磁强计）、磁光克尔测量系统、常温/变温磁场探针台系列、低温强磁场光学测量平台等；

产业级解决方案：晶圆级MOKE测量仪、隧穿磁阻比率测量仪、自旋芯片FT测试机等量检测设备。

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