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APPLICATION

調控二維磁性異質結中的交換偏置效應對于高性能與高穩(wěn)定性存儲材料應用意義

調控二維磁性異質結中的交換偏置（Exchange Bias)效應對于高性能與高穩(wěn)定性存儲材料應用的意義
 
交換偏置（EB）效應是磁數(shù)據(jù)存儲中開發(fā)高靈敏度、高穩(wěn)定性和高密度的自旋電子器件的核心工作原理之一。近年來，二維范德瓦爾斯磁性材料因在自旋電子學和磁存儲等方面具有良好的應用前景受到廣泛關注。但弱的交換偏置場、低的截止溫度以及單調的調制手段，嚴重限制了交換偏置效應在范德瓦爾斯自旋電子器件中的應用。
本文使用了激光沖擊過程（Laser Shocking Processing)來調節(jié)二維異質結材料中的范德華空隙，并且通過自建的高靈敏度磁光克爾（MOKE）光譜系統(tǒng)，給出了不同溫度和磁場情況下基于磁光Kerr效應的磁滯回線數(shù)據(jù)，揭示出交換偏置EB（從29.2mT到111.2mT）和截止溫度（從20K-110K）都得到顯著提升的結果，聯(lián)合其他的檢測手段例如Raman光譜，AFM和SEM等，揭示了調控現(xiàn)象的產生機理，*后基于測試結果實現(xiàn)了性能增強的自旋閥器件。本文的發(fā)現(xiàn)為利用和調制帶有強層間耦合的磁性范德華異質結結構提供了很大的想象空間與機會，因此為未來的二維自旋器件的定制化提供了一定的可能性。
交換偏置效應及其模型
交換偏置效應（Exchange Bias）是一類廣泛存在于鐵磁/反鐵磁材料界面處的效應，在發(fā)展高靈敏度和高密度的磁數(shù)據(jù)存儲自旋器件中發(fā)揮著極其重要的作用。
交換偏置效應宏觀上表現(xiàn)為磁滯回線相對于零場的偏移，微觀上交換偏置來源于界面未補償磁矩的交換耦合。如下圖所示，沒有外場時，反鐵磁層的磁矩雜亂排布。當溫度降低到反鐵磁奈爾溫度以下，反鐵磁層磁矩有序排列。在不同外場下，反鐵磁層的各向異性較大，不隨外場而變化，但鐵磁層會隨外場翻轉而發(fā)生反轉。界面反鐵磁層會對界面鐵磁層產生釘扎作用，使得鐵磁層的磁矩必須克服這一釘扎作用才能發(fā)生反轉。這種釘扎作用具有單向各向異性，使鐵磁層在反轉過程中變得不對稱，表現(xiàn)為宏觀磁滯回線相對于零場的偏移。

圖：交換偏置效應原理圖
關于交換偏置效應的解釋，目前主流包括以下幾種模型：
  1. Meiklejohn?Bean 模型
  2. Neel模型
  3. 隨機場模型
同時，截止溫度、薄膜厚度、冷場和磁鍛煉效應都有可能對交換偏置產生影響，本文對于截止溫度，薄膜厚度等相關參數(shù)都進行了相關的研究。

二維范德華異質結中的范德華間隙調控與相應的LS方法

通過LS方法得到增強的交換偏置效應相關數(shù)據(jù)

磁光克爾（MOKE）相關數(shù)據(jù)
目前北京卓立漢光儀器有限公司與本文作者戴宏偉博士所在湖北眾韋光電科技有限公司基于共同的理念和目標，決定在磁光設備領域開展深入合作。合作旨在為廣大國內外用戶在MOKE和RMCD等相關磁光設備上提供相應的標準系統(tǒng)與搭建協(xié)助。
我們將致力于為用戶提供更加穩(wěn)定、可靠、高效的磁光設備標準系統(tǒng)，并提供全面的搭建協(xié)助和技術支持。誠摯地歡迎產品垂詢，共同探索磁光技術的未來可能。

作者簡介

戴宏偉，華中科技大學電氣碩士，光學博士。目前就職于湖北眾韋光電科技有限公司，在微區(qū)成像、共聚焦PL/Raman、熒光壽命、磁光克爾等系統(tǒng)設計和應用上具有豐富的經驗，在國際期刊《ACS NANO》 、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《Advanced Electronic Materials》等期刊發(fā)表多篇論文。

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