[发明专利]多层膜中非易失性斯格明子的生成方法

说明书

本发明提供了一种多层膜中非易失性斯格明子的生成方法，所述多层膜包括依次堆叠的第一重金属层、铁磁层和第二重金属层，所述第一重金属层和第二重金属层为两种不同的金属膜，所述第一重金属层和第二重金属层在与所述铁磁层的界面处诱导产生DM相互作用，所述生成方法包括如下步骤：1)：对所述多层膜施加预定的磁场，其中所述磁场的强度不足以使得所述多层膜中的条状磁畴转变为斯格明子，且所述磁场的方向不平行所述多层膜的膜面；2)：对所述多层膜施加预定的电流，使所述条状磁畴转变为斯格明子。本发明的生成方法形成了在室温、零场下稳定存在的高密度斯格明子。

技术领域

本发明涉及斯格明子的生成方法，具体涉及一种多层膜中非易失性斯格明子的生成方法。

背景技术

磁性斯格明子(Skyrmion)是一种具有拓扑行为的磁结构。其具有粒子特性，且尺寸为纳米量级(10～100纳米)。磁性斯格明子的自旋排列使得驱动斯格明子状态改变的电流密度比驱动传统磁畴低5-6个量级，因此有望应用于高密度、高速度、低能耗磁信息存储器件中。

在第一重金属层/铁磁层/第二重金属层(HM1/FM/HM2)三明治结构的多层膜材料体系中，中间的铁磁层(FM)的磁矩具有垂直磁各向异性，第一重金属层和第二重金属层与铁磁层之间具有界面自旋轨道耦合效应，两种重金属层会使得铁磁层两侧界面对称性破缺而诱导Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用，有利于在铁磁层(FM)中形成条状磁畴结构，该条状磁畴结构在大于一定的外加垂直磁场下会形成斯格明子。由于界面诱导DM相互作用的多层膜材料体系能在室温条件下形成斯格明子，且薄膜参数易于调控，方便加工薄膜器件，因此被认为是具有实用化前景的斯格明子材料体系。

目前在界面诱导DM相互作用多层膜Pt/Co/Ta中的斯格明子的生成方法如下：步骤1)采用磁控溅射在氮化硅基底上制备Pt/Co/Ta多层膜；步骤2)垂直Pt/Co/Ta多层膜的膜面施加90mT的磁场，从而在Pt/Co/Ta多层膜中形成图1所示的斯格明子。从图1可以看出，斯格明子的密度很低，无法实现高密度存储。

图2是图1所示的斯格明子在外加磁场降低至零(即撤销外加磁场)后转变为条状磁畴的磁畴结构图。从图2可以得出，将外加磁场撤销之后，已形成的斯格明子又变回条状磁畴，虽然Pt/Co/Ta多层膜材料体系中可在室温下形成斯格明子，但是需要持续的磁场来使其在室温下稳定存在，因此其不具有零场稳定性，为易失性斯格明子。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种多层膜中非易失性斯格明子的生成方法，所述多层膜包括依次堆叠的第一重金属层、铁磁层和第二重金属层，所述第一重金属层和第二重金属层为两种不同的金属膜，所述第一重金属层和第二重金属层在与所述铁磁层的界面处诱导产生DM相互作用，所述生成方法包括如下步骤：

1)：对所述多层膜施加预定的磁场，其中所述磁场的强度不足以使得所述多层膜中的条状磁畴转变为斯格明子，且所述磁场的方向不平行所述多层膜的膜面；

2)：对所述多层膜施加预定的电流，使所述条状磁畴转变为斯格明子。

优选的，还包括步骤3)：将所述电流和磁场撤销。

优选的，所述磁场方向垂直于所述多层膜的膜面。

优选的，所述磁场的磁感应强度为30mT～70mT。

优选的，所述磁场的磁感应强度为40mT～50mT。

优选的，在所述步骤2)中，所述电流的面内电流密度为1×10⁸mA/cm²～2×10⁸mA/cm²。

优选的，所述铁磁层的磁矩具有垂直磁各向异性。

优选的，所述铁磁层为厚度不大于2nm的Co或CoFeB。