新型X射线仪器实现磁涡旋精细成像！

大耳朵兔兔

2024/10/23

私聊

XPS及其它能谱仪

【研究背景】
磁性涡旋体是具有拓扑特性的粒子状孤子，因其在自旋电子学等领域的潜在应用而受到广泛关注。与传统的磁性材料相比，磁性涡旋体不仅具有更丰富的自旋结构和动态行为，还能在低能耗信息处理和存储中发挥重要作用。然而，随着材料厚度的增加，涡旋体的三维自旋结构及其复杂性也随之增强，给研究带来了挑战。因此，如何深入理解和表征这些三维自旋结构，成为推动自旋电子学发展的关键。

近日，来自劳伦斯伯克利国家实验室Peter Fischer团队在磁性涡旋体的三维自旋结构研究中取得了新进展。该团队设计并制备了一个直径为800纳米、厚度为95纳米的多层盘，成功实现了对其三维自旋结构的定量分析。利用软X射线层析成像技术，该团队显著提高了对磁涡旋体自旋数的测量精度，成功获取了深度依赖的径向分布结果。这些结果为未来3D自旋电子器件的开发提供了重要的实验基础，开辟了设计和调控具有增强功能的三维拓扑自旋电子器件的新机遇。通过进一步的研究和探索，磁性涡旋体的应用前景将更加广阔，推动自旋电子学的发展。

【仪器亮点】
本文通过软X射线层析成像原理，具体来说，利用X射线磁性圆二色性（XMCD）信号和线性偏振光图像的结合，首次研发了三维自旋纹理成像仪器，从而成功表征了磁涡旋的复杂三维自旋结构，最终揭示了磁涡旋在不同厚度和几何结构下的变化特征。这一新仪器能够有效克服传统二维成像技术的局限性，为深入研究三维拓扑自旋结构提供了全新的手段。

本文针对磁涡旋和其他磁性纹理现象，通过软X射线层析成像的详细分析，得到了高分辨率的三维自旋分布图谱，进而挖掘了自旋纹理在不同材料和结构中存在的多样性及其潜在的物理机制。在研究中，作者利用直流磁控溅射法制备了具有不同层厚度的三层膜样品，并通过电子束光刻技术将其图案化为纳米尺度的盘形结构。这些精确的样品制备方法为后续的层析成像实验奠定了基础，使得对磁性结构的深入分析成为可能。

在此基础上，研究团队通过结合软X射线层析成像技术和先进的X射线显微镜方法，着重研究了磁涡旋的深度依赖特征。通过对800 nm直径和95 nm厚度的多层膜样品进行定量分析，研究人员能够获得详细的自旋数目分布及其与材料厚度的关系。这些发现为理解磁涡旋在未来自旋电子学器件中的应用提供了重要的理论依据。

综上所述，本文不仅展示了通过新仪器开发在三维磁性材料研究中的应用潜力，也为拓展自旋电子学领域的研究提供了重要的工具。通过这种创新的层析成像技术，未来将能够探索更多复杂的自旋结构及其相互作用，从而推动自旋电子学器件的发展与应用。

通过克尔光学参量振荡optical parametric oscillation，OPO超高分辨率光学频率梳的光谱转换

参考文献：David Raftrey et al. ,Quantifying the topology of magnetic skyrmions in three dimensions.Sci. Adv.10,eadp8615(2024).DOI:10.1126/sciadv.adp8615

资讯链接：https://www.instrument.com.cn/news/20241022/749022.shtml