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一种在人工反 铁磁结构上利用低 电压调控RKKY的方法

阅读：788发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，包括：在柔性衬底上依次生长Ta层和人工反铁磁结构，改变非磁性层的厚度，非磁性层厚度的变化使得材料在铁磁层与反铁磁层之间转化，观测其厚度依赖特性；对在柔性衬底上生长的Ta层、人工反铁磁结构上做应力测试，对不同曲率下的材料测试磁滞回线并观察其回复性；用离子液体对Si衬底上的材料加电压(≤4V)调控，对柔性衬底上的材料在不同曲率下加电压调控，并观测磁滞回线的变化。该方案成功实现了人工反铁磁体在电压调控下铁磁、反铁磁状态的改变以及单、双、三电滞回线的转换，同时保持了良好的回复性。，下面是一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在柔性衬底上依次生长Ta层和人工反铁磁结构，人工反铁磁结构包括上下铁磁层和其之间的非磁性层，改变非磁性层的厚度，非磁性层厚度的变化使得材料在铁磁层与反铁磁层之间转化，观测其厚度依赖特性；
步骤2，对在柔性衬底上生长的Ta层、人工反铁磁结构上做应力测试，对不同曲率下的材料测试磁滞回线并观察其回复性；
步骤3，用离子液体对Si衬底上的材料加低电压调控，对柔性衬底上的材料在不同曲率下加电压调控，并观测磁滞回线的变化。
2.根据权利要求1所述的一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，其特征在于，所述步骤1中，生长过程在室温下进行，基础气压小于10-7Torr，工作Ar压为3mT。
3.根据权利要求1所述的一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，其特征在于，所述Ta层+人工反铁磁结构为：
Fe40Co40B20 1.5nm/Ru x nm/Fe40Co40B201.5nm/Ta7.5nm；
所述非磁层Ru的厚度x分别为或
4.根据权利要求1所述的一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，其特征在于，所述Ta层+人工反铁磁结构为：
所述非磁层Ru的厚度x分别为或
5.根据权利要求1所述的一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，其特征在于，所述衬底为Si/SiO。
6.根据权利要求1所述的一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，其特征在于，所述步骤3中，选用的离子液体是[AAIM]+[TFSI]-，将离子液体覆盖在Ta层、人工反铁磁结构薄膜上，用金线连接薄膜和电源。
7.根据权利要求6所述的一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，其特征在于，所述步骤3中，低电压应≤4V。
8.根据权利要求1所述的一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，其特征在于，所述步骤3中，进一步将离子液体凝胶化为离子胶，方法如下：
将聚合物P(VDF-HFP)、离子液体、丙酮溶剂以1：4：10的比例混合，磁力搅拌至少1小时，直到混合物变成清澈均匀的液体；然后，将溶液旋涂在载玻片上，形成固体聚合物电解质，在50℃的真空烘箱中烘烤后，获得离子胶。

说明书全文

一种在人工反铁磁结构上利用低 电压调控RKKY的方法

技术领域

[0001] 本发明属于电压调控磁性超薄膜领域，特别涉及一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法。

背景技术

[0002] 发展生物与数字世界之间的无缝连接的趋势要求便携/可穿戴设备无处不在。柔性电子器件具有极薄的厚度，并且对曲面具有良好的适应性，已经成为功能器件的尖端领域。众所周知，磁传感器已被广泛应用于医疗诊断，数据存储，通信等。如果将其附着或移植到人体或曲面上，则新型柔性自旋电子装置将出现。研究表明，垂直合成反铁磁(SAF)纳米结构与Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida(RKKY)相互作用对许多磁性器件有很重要的作用，例如超高密度巨磁电阻(GMR)器件，新颖的3D逻辑应用，基于畴壁的存储器系统。然而，当涉及到柔性衬底时，维持磁性器件良好的磁性信号和机械稳定性仍然是一个重大挑战，尤其是对于垂直SAF等复杂纳米结构。在这种结构中，垂直磁各向异性(PMA)和RKKY相互作用都需要对层间界面特性进行精确控制，以保证其性能，这在柔性自旋电子学基材粗糙度和表面非平面性方面带来了很大的挑战。

发明内容

[0003] 为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，该方案成功实现了人工反铁磁体在电压调控下铁磁、反铁磁状态的改变以及单、双、三电滞回线的转换，同时保持了良好的回复性。

[0004] 本发明是通过下述技术方案来实现的。

[0005] 一种在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤1，在柔性衬底上依次生长Ta层和人工反铁磁结构，人工反铁磁结构包括上下铁磁层和其之间的非磁性层，改变非磁性层的厚度，非磁性层厚度的变化使得材料在铁磁层与反铁磁层之间转化，观测其厚度依赖特性；

[0007] 步骤2，对在柔性衬底上生长的Ta层、人工反铁磁结构上做应力测试，对不同曲率下的材料测试磁滞回线并观察其回复性；

[0008] 步骤3，用离子液体对Si衬底上的材料加低电压调控，对柔性衬底上的材料在不同曲率下加电压调控，并观测磁滞回线的变化。

[0009] 进一步，所述步骤1中，生长过程在室温下进行，基础气压小于10-7Torr，工作Ar压为3mT。

[0010] 进一步，所述Ta层+人工反铁磁结构为：

[0011] Fe40Co40B20 1.5nm/Ru(x nm)/Fe40Co40B201.5nm/Ta7.5nm；

[0012] 所述非磁层Ru的厚度x分别为或

[0013] 进一步，所述Ta层+人工反铁磁结构为：

[0014]

[0015] 所述非磁层Ru的厚度x分别为或

[0016] 进一步，所述衬底为Si/SiO。

[0017] 进一步，所述步骤3中，选用的离子液体是[AAIM]+[TFSI]-，将离子液体覆盖在Ta层、人工反铁磁结构薄膜上，用金线连接薄膜和电源。

[0018] 进一步，所述步骤3中，低电压应≤4V。

[0019] 进一步，所述步骤3中，进一步将离子液体凝胶化为离子胶，方法如下：

[0020] 将聚合物P(VDF-HFP)、离子液体、丙酮溶剂以1：4：10的比例混合，磁力搅拌至少1小时，直到混合物变成清澈均匀的液体；然后，将溶液旋涂在载玻片上，形成固体聚合物电解质，在50℃的真空烘箱中烘烤后，获得离子胶。

[0021] 与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

[0022] 本发明方法，第一成功的实现了通过改变中间非磁层的厚度来改变SAF的铁性；第二成功的通过加电压实现了单、双、三磁滞回线的变化；第三成功的在柔性衬底上生长出SAF结构并且加电压获得了相同的效果。附图说明

[0023] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

[0024] 图1是本发明人工反铁磁体在衬底和Ta层上的结构示意图；

[0025] 图2是实施例1中样品在改变非磁层厚度下的VSM曲线；

[0026] 图3是实施例1中样品在加电压后的VSM曲线；

[0027] 图4是实施例2中样品在改变非磁层厚度下的VSM曲线；

[0028] 图5是实施例2中样品在弯曲状态下的VSM曲线；

[0029] 图6是实施例2中样品在平整状态下加电压后的VSM曲线。

具体实施方式

[0030] 下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

[0031] 如图1所示，示出了本发明人工反铁磁体在衬底和Ta层上的结构，通过在电压调控下使得人工反铁磁体的铁磁、反铁磁状态发生改变以及单、双、三电滞回线的转换，实现其保持良好的回复性。

[0032] 本发明在人工反铁磁结构上利用低电压调控RKKY的方法，包括以下步骤：

[0033] 步骤1，改变非磁层的厚度，观测其厚度依赖特性；非磁层厚度的变化使得材料在铁磁相与反铁磁相之间转化。

[0034] 步骤2，对在柔性衬底上生长的结构做应力测试，对不同曲率下的材料测试磁滞回线并观察其回复性。

[0035] 步骤3，用离子液体在低电压(≤4V)下调控磁性超薄膜，并观测磁滞回线的变化；对Si衬底上的材料加电压调控，对柔性衬底上的材料在不同曲率下加电压调控。

[0036] 下面通过具体实施例来进一步说明本发明。

[0037] 实施例1：

[0038] 对Fe40Co40B20(1.5nm)/Ru(x nm)/Fe40Co40B20(1.5nm)/Ta(7.5nm)这种结构，包括以下步骤：

[0039] 1)薄膜制备：利用磁控溅射设备在Si/SiO上依次生长Fe40Co40B20、Ru、Fe40Co40B20、Ta，生长过程均在室温下进行，基础气压小于10-7Torr，工作Ar压为3mT。

[0040] 非磁层Ru的厚度分别为或

[0041] 2)利用振动样品磁强计(VSM)测试样品的磁滞回线，1是薄膜的磁滞回线随Ru层厚度的改变，可以看出随着薄膜厚度变大，薄膜从铁磁相变到反铁磁相又变回到铁磁相。

[0042] 3)电压调控：用离子液体调控方式，选用的离子液体是[AAIM]+[TFSI]-，将离子液体覆盖在薄膜上，用金线连接薄膜与B2901A型电源。

[0043] 4)用VSM测试其在不同电压下的铁性，如图2、图3所示，磁滞回线从双变到三再变到单。

[0044] 实施例2：

[0045] 对这种结构，包括以下步骤：

[0046] 1)薄膜制备：利用磁控溅射设备在Si/SiO和柔性衬底Kapton上生长生长过程均在室温下进行，基础气压小于10-7Torr，工作Ar压为3mT。非磁层Ru的厚度分别为或

[0047] 2)利用振动样品磁或强计(VSM)测试样品的磁滞回线，1是薄膜的磁滞回线随Ru层厚度的改变，可以看出随着薄膜厚度磁滞回线发生大幅度的变化，从铁磁相逐渐向反铁磁相过渡。

[0048] 3)将柔性薄膜放在曲率为10cm的模具上，测试后翻过来再测试一遍。如图4、图5所示，柔性薄膜在发生弯折后并未产生较大的变化。

[0049] 4)电压调控：将离子液体凝胶化后作为调控手段。具体制作方法：

[0050] 将聚合物P(VDF-HFP)，离子液体，丙酮溶剂以1：4：10的比例混合，磁力搅拌至少1小时，直到混合物变成清澈均匀的液体。然后，将溶液旋涂在载玻片上，形成固体聚合物电解质。在50℃的真空烘箱中烘烤后，获得离子胶。

[0051] 5)将离子胶覆盖在薄膜上层，用金线连接薄膜与B2901A型电源。在平整状态下分别加0V、2.5V和4V的电压，如图6所示，当电压加到4V时，磁畴翻转的速率明显变快。

[0052] 本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

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