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  • 一种用于磁性研究的新型旋转成像方法

    作者:实验帮(译) 来源:phys.org 时间:2019-10-25 09:56 阅读:686 [投稿]
    康奈尔大学的研究人员在氧化镍的测量和控制方面提出了一个新的旋转技术,这一技术着眼于提高电子器件的速度和存储容量。

    康奈尔大学的研究人员在氧化镍的测量和控制方面提出了一个新的旋转技术,这一技术着眼于提高电子器件的速度和存储容量。 

    他们的论文“Spin Seebeck Imaging of Spin-Torque Switching in Antiferromagnetic Pt/NiO Heterostructures”最新发表《物理评论x Physical Review X》上。

    应用与工程物理副教授、资深研究员Greg Fuchs的专长之一是自旋电子学,即研究电子的磁性的自旋(一种能记录信息的角动量)。Fuchs和他的团队正在努力了解如何测量和操纵这种磁性。

    与其用传统的磁性显微镜来测量磁性相比,在这种新型的显微镜中,材料受到光、电子或x射线的轰击,Fuchs开创了一种称为磁热显微镜的技术。在这种方法中,加热作用于微小区域的材料,该区域的磁性由产生的电压来测量。这使得Fuchs的团队可以看到当他们操纵磁性物质的自旋时会发生什么。

    Fuchs小组一直在探索反铁磁性材料,这种材料之所以独特,是因为它们的单个磁性元素(根据它们的方位记忆信息的小块材料)不会产生磁场。因此,它们可以紧密地包装在一起,而不会相互干扰,从而可能实现高密度存储。反铁磁体是铁磁体中速度更快的兄弟,更传统的磁性材料能产生磁矩。据Fuchs说,反铁磁体的运行速度有可能快上千倍。但是了解反铁磁材料的行为并不容易。

    “反铁磁材料很难研究,因为其他自旋方向相反,所以没有净磁化,”Fuchs说。“它不会产生磁场。它实际上不适合于传统的磁性测量方法。有专门的X射线设备可以做到这一点,但数量不多,这限制了你可以进行的测量。所以你几乎没有选择。”

    Fuchs和他的团队通过挑选合适的反铁磁性材料镍氧化物,设计出了一个巧妙的最终解决方案,该材料含有多个自旋平面,每个平面上的自旋指向相反的方向。在铂和氧化镍三明治中,边界处的自旋都平行排列,允许研究者利用热流来测量自旋的方向,而没有信号被消除。


    这种被称为“界面自旋塞贝克效应”的效应,以前在铁磁金属和绝缘体中被证明过,但只在反铁磁体中被理论化。以前没有人演示过它,更不用说用标准的桌面实验室设备对反铁磁样品进行成像了。

     “成像反铁磁体可以让我们在显微镜下看到它们对外部刺激(如电流)的反应。这些细节在尝试制造反铁磁记忆装置时至关重要,”论文的主要作者、应用物理学博士生Isaiah Gray说。

     “人们通常认为反铁磁体是一个相当棘手的问题。我很惊讶这样一个相对简单的方法能奏效,”Fuchs说。“这打开了一个全新的领域,你可以在反铁磁设备。现在我可以控制这些材质中的纹理,然后查看旋转方向。”

    原文来源:https://phys.org/news/2019-10-magnetics-scientists-image.html 

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