Элемент

Oct 18, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 18724 (2022) Цитировать эту статью

428 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Мы представляем элементно-специфичную и временную визуализацию однородных ферромагнитных резонансных возбуждений полосовой двухслойной микроструктуры пермаллоя (Py)-диск-кобальт (Co). Поперечная высокочастотная составляющая резонансно-возбужденной намагниченности регистрируется в режиме ps с помощью комбинации ферромагнитного резонанса (ФМР) и сканирующей просвечивающей рентгеновской микроскопии (STXM-FMR), записывая снимки локальной прецессии намагниченности Ру и Со с помощью нанометра. Пространственное разрешение. Этот подход позволяет нам индивидуально отображать резонансный динамический отклик каждого элемента, и мы обнаруживаем, что угловой момент передается от диска Ру к полосе Со и наоборот в их соответствующих резонансах. Интегральный (резонаторный) ФМР-спектр нашего образца обнаруживает неожиданный дополнительный третий резонанс. Этот резонанс наблюдается и в экспериментах STXM-FMR. Наши микроскопические данные позволяют предположить, что это обусловлено магнитным обменом между Py и Co, показывая для полосы Co разницу в относительной фазе намагниченности из-за влияния поля рассеяния.

Для будущих информационных технологий необходимы новые концепции, включающие заряд электрона, а также его спин как единицу информации1. Было предложено несколько подходов к логике, основанной на магнетизме, от концепций, основанных на солитонах2, до магноники в форме, например, генно-инженерных магнонных вычислений3,4, чтобы преодолеть различные ограничения, например, тепловую нагрузку и потребности в энергии, с которыми сталкиваются современные компьютерные технологии. Эта область спинтроники и магноники требует изучения еще более мелких магнитных структур в гигагерцовом и терагерцовом режиме.

Устройства на основе спина обычно состоят из более чем одного материала, что требует понимания динамических магнитных свойств конкретных элементов и возникающих в результате режимов спиновых волн в нанометровом масштабе. Рентгеновский обнаруженный ферромагнитный резонанс (XFMR)5,6,7,8,9,10,11,12,13, сочетающий ферромагнитный резонанс (FMR) с магнитометрией конкретных элементов посредством рентгеновского магнитного циркулярного дихроизма (XMCD) ( см.14,15 и ссылки там) является уникальным инструментом для решения этой проблемы.

В этом исследовании использовалась сканирующая трансмиссионная рентгеновская микроскопия, обнаруживающая ФМР (STXM-FMR)16, обеспечивающая временную выборку до 17 пс и номинальное латеральное разрешение менее 50 нм в поперечной геометрии XFMR с непрерывным волновым возбуждением образца16,17, 18,19,20,21. Однородные и неоднородные резонансные отклики в масштабах микро-22,23 и менее 50 нм24 были проверены и проанализированы. Здесь мы исследуем резонансные возбуждения двухслойной микроструктуры, состоящей из полоски кобальта (Co), нанесенной на диск из пермаллоя (Py) с элементной специфичностью. Более ранние исследования ультратонких ферромагнитных бислоев одинакового размера (толщина обычно около или менее 10 нм) показали две однородные резонансные моды, которые обычно объясняются синфазными и противофазными оптическими или акустическими модами, например25. При обычных измерениях ФМР нашей двухслойной микроструктуры общей толщиной 60 нм идентифицируются отдельные резонансы микроструктур Py и Co. Кроме того, в обоих материалах виден третий резонанс, который не может быть объяснен вышеупомянутым подходом для ультратонких бислоев одинакового размера, а объясняется тем, что Py и Co резонируют в фазе как единое целое, опосредованное обменной связью. Таким образом, с помощью нашего пространственного, временного и элементного STXM-FMR выявляется происхождение трех резонансов, визуализируя также локальные изменения фазы и амплитуды, которые не видны в обычных спектрах ФМР.

Мы измеряем ФМР-возбуждения в их линейном режиме, используя микрорезонаторную, специфичную для каждого элемента и пространственно разрешенную установку STXM-FMR, реализованную в Стэнфордском источнике синхротронного излучения (SSRL)16,18. Образец представляет собой поликристаллическую полоску Co (длина 2,0 \(\upmu\)м, ширина 0,5 \(\upmu\)м, толщина 30 нм), нанесенную на поликристаллический диск из пермаллоя(Py) с толщиной 2,5 \(\upmu\) диаметром м и толщиной 30 нм (см. рис. 1а). Он изготовлен путем трехэтапной литографии и электронно-лучевого осаждения ферромагнитного материала26 на Si\(_{3}\hbox {N}_{4}\) мембрану толщиной 200 нм. Для измерения спектра ФМР образец помещается в петлю микрорезонатора в форме омеги, обеспечивающую чувствительность \(10^{6}\) \(\mu _{\text{B}}\)27,28 , 29. Образец возбуждается однородным линейно поляризованным СВЧ-полем амплитудой \(\le\) 1,5 мТл. STXM-изображение образца с шагом 100 нм показано на рис. 1б.