[发明专利]拓扑磁结构及其制备方法、拓扑磁结构调控方法及存储器

说明书

本发明提供一种拓扑磁结构材料，包括层叠设置的铁电衬底、缓冲层和具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，多层膜结构包括重金属层、磁性层和非磁性层，磁性层设于重金属层与非磁性层之间，重金属层与非磁性层的材料不同，拓扑磁结构材料具有介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性，并且拓扑磁结构材料存在界面Dzyaloshinskii‑Moriya相互作用。本发明还提供一种拓扑磁结构，为拓扑磁结构材料自具有磁性斯格明子结构的多层膜结构沿层叠方向向下进行点阵刻蚀得到的纳米点阵列，拓扑磁结构能够通过电场的变化在斯格明子、条带畴和涡旋畴这三种拓扑态之间转变。本发明还提供一种包括拓扑磁结构的存储器。本发明还提供一种拓扑磁结构的制备方法及调控方法。

技术领域

本发明涉及拓扑结构技术领域，特别是涉及一种拓扑磁结构及其制备方法、拓扑磁结构调控方法及存储器。

背景技术

随着信息时代的高速发展，数据量的爆炸式增长对信息存储介质也提出了更高的要求。当前传统的磁性存储介质随着材料尺寸的缩小，因量子效应所产生的尺寸极限及其所导致的热效应使得传统信息存储材料的发展遇到了瓶颈。自旋电子技术引入了电子自旋这一全新的自由度，自旋电子器件具有静态功耗低、可无限次高速读写、非易失性存储等优点，被认为是突破当前瓶颈的关键技术，有望大幅度降低器件功耗，突破热效应枷锁。拓扑磁结构(磁性斯格明子，涡旋畴等)是一种具有拓扑保护的类粒子自旋结构，其相关的自旋电子学应用具有广阔发展前景，有望成为下一代新型信息存储载体，在物理和材料领域得到了广泛关注。由于拓扑磁结构(磁性斯格明子，涡旋畴等)的特殊的拓扑性质，基于拓扑磁结构(磁性斯格明子，涡旋畴等)的器件具有结构稳定、小尺寸、低电流驱动阈值等诸多优点。

磁场的电场控制是高效和低功率自旋电子设备的先决条件。在实际开发器件应用当中，调控拓扑磁结构仍有诸多问题需要解决，例如霍尔效应导致的位移偏移；拓扑磁结构的写入和擦除等。因此，拓扑磁结构(磁性斯格明子，涡旋畴等)需要一种有效可行的调控方法。

现阶段，通常产生和擦除这些拓扑磁结构(磁性斯格明子，涡旋畴等)的方法是利用自旋极化电流的自旋轨道转矩或自旋传输转矩效应，但其较高的电流密度带来了高能耗的问题，同时，随着器件的小型化，日益严重的电流热效应成为了制约其发展的主要问题。

发明内容

基于此，有必要针对传统拓扑磁结构调控的问题，提供一种拓扑磁结构及其制备方法、拓扑磁结构调控方法及存储器。

一种拓扑磁结构材料，包括层叠设置的铁电衬底、缓冲层和具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，所述缓冲层设于所述铁电衬底与所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构之间，所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构包括重金属层、磁性层和非磁性层，所述磁性层设于所述重金属层与所述非磁性层之间，所述重金属层与所述非磁性层的材料不同，所述拓扑磁结构材料具有介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性，并且所述拓扑磁结构材料存在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。

在其中一个实施例中，所述重金属层的材料选自Pt或Ir中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述磁性层可以为单层或者相邻的多层。

在其中一个实施例中，所述磁性层为单层，所述磁性层的材料选自Co、Ni及Fe中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述磁性层为相邻的多层，每一层磁性层的材料为单一元素，所述磁性层的材料选自Co、Ni及Fe中的任意一种。

在其中一个实施例中，所述非磁性层的材料选自Ta、Ir、IrMn、MgO及TaO中的任意一种或多种。

在其中一个实施例中，所述铁电衬底具有电致伸缩特性，选自PMN-PT、PZN-PT、PIN-PMN-PT的弛豫铁电材料中的任意一种或多种。

在其中一个实施例中，所述缓冲层的材料选自Ta、Pt和Ru中的任意一种或多种。