磁性多层膜中斯格明子拓扑自旋结构的多场调控及物理机制研究

批准号:
11874082
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
张静言
依托单位:
学科分类:
A2007.磁学及自旋电子学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
董博闻、吕浩昌、罗宝媛、罗丽莎
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中文摘要
磁性斯格明子是一种具备手性非平庸拓扑自旋结构的新型自旋电子材料。磁性斯格明子拓扑自旋结构的形成、观察和调控包涵了丰富的物理机制,同时在高密度、低功耗新型信息存储领域具有巨大的潜在应用前景。本项目以磁性斯格明子薄膜及由相关薄膜构成的原理型器件为主要研究对象,拟开展磁性斯格明子薄膜材料制备、拓扑自旋结构实空间观察、拓扑自旋相关输运特性和材料结构等方面的研究。重点研究如何利用多种外场(电场,电流,温度梯度场等)的协同作用调控磁性斯格明子,探究磁性斯格明子多场调控的动力学过程和物理机理;探索具有磁性斯格明子拓扑自旋结构的新材料、新结构,制备高质量的磁性斯格明子新型低维材料,并利用深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)等先进观测手段对拓扑自旋结构进行实空间观察;研究磁性斯格明子薄膜微观结构与拓扑自旋结构的内在关系,探索基于磁性斯格明子的新型磁性存储原理型器件中材料、物理与相关技术问题。
英文摘要
Magnetic skyrmions is considered as a new spintronic material with chiral nontrivial topological spin structure. The creation, observation and manipulation of magnetic skyrmions exhibits abundant physical phenomena and great potential application in further high storage density and low power magnetic storage device. This project is based on the magnetic films with skyrmions spin structure and on the novel principle device composed of skyrmions films. The research mainly includes the preparation and real space observation of magnetic skyrmions films, topological spin-dependent transport property and so on. And the focus is the physical mechanism of magnetic skyrmions manipulated by multi-field (electric field, current, temperature gradient field, etc.) and dynamics process. The challenge is to fabricate the new materials with skyrmions spin structure and to observe the real space topological spin structure with advance characterization such as PEEM. The project also is to study the relationship between the structure of magnetic skyrmions films and topological spin structure, and to solve the problems for the novel principle device with skyrmions spin structure, such as physical mechanism, materials preparation, and the device principle.
项目按照计划执行,研究进展顺利,共发表论文15篇,专利2项(中国授权专利2项),圆满完成各项任务。取得的主要成果包括:1)拓扑磁性的多场调控研究。利用洛伦兹透射电镜技术结合原位外加多场(磁场、电流、温度等)发展了多场调控拓扑磁畴的方法,重点研究了霍尔天平材料中磁性斯格明子的形成与调控,实现了高密度室温磁性斯格明子的稳定形成,并利用脉冲电流和磁场的协同效应成功实现了多种磁畴状态的切换。2)霍尔天平材料中磁电输运性质调控的研究。通过界面/表面修饰与调控等方法,在NiO隔离层和Co/Pt多层膜中引入具有一定活性的Pt团簇优化界面结构和调控霍尔天平材料的磁各向异性与耦合状态,进一步降低霍尔天平材料反平行的霍尔电阻值,最终实现霍尔电阻比率可控,利用磁电输运测试技术进一步表征了霍尔天平材料中的层间DM相互作用。3)基于自旋轨道力矩诱导磁化翻转的研究。通过界面调控、原子占位替代等多种方法,在Ta/CoFeB/MgO、Pt/Co/HfO2、L10FeCrPt等磁性薄膜材料体系中,实现了无外磁场辅助的自旋轨道力矩诱导磁化翻转行为,并阐明了其中的物理机制,并实现了多种布尔逻辑操控运算。4)磁性多层膜/薄膜调控的研究。采用分子束外延技术制备了具有单晶外延的Fe单质薄膜和Pt/Co/Pt多层膜体系,利用退火、晶格匹配等方法诱导薄膜表面原子重构,从而优化了电子散射机制,实现了磁各向异性和反常霍尔效应的有效调制。并通过结构表征与散射机制分析,揭示了磁电输运性质与单晶外延薄膜的晶体取向和结构之间的内在关联。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.7498/aps.70.20201799
发表时间:2021
期刊:物理学报
影响因子:--
作者:张静言;窦鹏伟;赵云驰;张石磊;刘佳强;祁杰;吕浩昌;刘若洋;于广华;姜勇;沈保根;王守国
通讯作者:王守国
Tunable damping-like and field-like spin-orbit-torque in Pt/Co/HfO2 films via interfacial charge transfer
通过界面电荷转移在 Pt/Co/HfO2 薄膜中调节类阻尼和类场自旋轨道扭矩
DOI:10.1063/1.5123018
发表时间:2019
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:W.L.Peng;J.Y.Zhang;G.N.Feng;X.L.Xu;C.Yang;Y.L.Jia;G.H.Yu
通讯作者:G.H.Yu
Greatly Enhanced Methanol Oxidation Reaction of CoPt Truncated Octahedral Nanoparticles by External Magnetic Fields
外部磁场极大增强 CoPt 截短八面体纳米粒子的甲醇氧化反应
DOI:10.1002/eem2.12403
发表时间:2022-04
期刊:ENERGY & ENVIRONMENTAL MATERIALS
影响因子:--
作者:Zhu Mengyuan;Wang Yi;Wu Yanfei;Liu Jialong;Zhang Jingyan;Huang He;Zheng Xinqi;Shen Jianxin;Zhao Ruijie;Zhou Wenda;Wang Shouguo
通讯作者:Wang Shouguo
Spin reorientation transition induced by surface reconstruction in epitaxial Fe/Co bilayers
外延 Fe/Co 双层表面重构引起的自旋重定向转变
DOI:--
发表时间:2021
期刊:Jounral of Magnetism and Magnetic Materials
影响因子:--
作者:Lyu Haochang;Zhao Yunchi;Qi Jie;Yang Guang;Shen Jianxin;Zhang Jingyan;Shao Bokai;Zhu Zhaozhao;Sun Yang;Shen Baogen;Qin Weidu;Guo Yaqin;Wang Shouguo
通讯作者:Wang Shouguo
The ultrasensitive anomalous Hall effect induced by interfacial oxygen atoms redistribution
界面氧原子重新分布引起的超灵敏反常霍尔效应
DOI:10.1063/1.5084318
发表时间:2019-03
期刊:J. Appl. Phys.
影响因子:--
作者:W. L. Peng;J. Y. Zhang;L. S. Luo;G. N. Feng;G. H. Yu
通讯作者:G. H. Yu
低维磁性材料中新奇拓扑磁结构表征及电学调控物理机制研究
- 批准号:12374099
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:53万元
- 批准年份:2023
- 负责人:张静言
- 依托单位:
基于霍尔天平结构新型多组态存储材料与物理研究
- 批准号:11504019
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:24.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:张静言
- 依托单位:
国内基金
海外基金
