[发明专利]一种利用光致应变诱导产生及擦除磁性斯格明子的方法及装置

说明书

一种利用光致应变诱导产生及擦除磁性斯格明子的方法，包括以下步骤：S1：在偶氮苯液晶薄膜上通过磁控溅射制备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的磁性多周期膜；S2：通过微纳加工技术在步骤S1制得的磁性多周期膜上制备磁性纳米点阵列；S3：利用光诱导产生斯格明子：通过施加355～375nm的光脉冲，产生斯格明子；S4：利用光擦除斯格明子：通过施加510～530nm的光脉冲，使斯格明子态不能稳定存在，回复为铁磁态。本发明还提供一种磁性斯格明子的写入及擦除装置，包括磁性多周期膜、光致应变衬底和光诱导单元。本发明的方法和装置产生和擦除斯格明子消耗的能量较低，器件稳定性强，有利于器件微型化发展。

技术领域

本发明涉及磁性存储技术领域，特别是涉及一种利用光致应变诱导产生及擦除磁性斯格明子的方法及装置。

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。拓扑磁结构相比较于传统的信息存储载体具有明显优势：(1)与传统的磁畴相比，拓扑磁结构尺寸可以做到很小，目前单个磁性斯格明子可以做到5nm；(2)拓扑磁结构具有拓扑保护的特性，相比较于传统的磁畴更加稳定，不易受外界条件(磁场，温度等)的影响，提高器件的稳定性。

目前，磁斯格明子的主要擦写方式为自旋极化的电流，如公开号为CN112510146A的发明专利《一种通过电流诱导在磁性多层膜中产生斯格明子的方法、磁性存储单元及存储器》所提出的产生斯格明子的方法。该方法依赖较高的电流密度，这意味着需要消耗较高的能量，同时发热对器件的稳定性也有一定的影响，是器件微型化的阻碍之一。因此，该方法不利于低能耗，高密度的器件应用。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种利用光致应变诱导产生及擦除磁性斯格明子的方法，该方法基于光致应变衬底(偶氮苯液晶薄膜)，利用光对偶氮键的顺反异构的调控在磁性多周期膜中产生应变，能大幅度降低磁性多周期膜中磁性斯格明子的成核能量阈值。

本发明所采用的技术方案是：一种利用光致应变诱导产生及擦除磁性斯格明子的方法，包括以下步骤：

S1：在偶氮苯液晶薄膜上通过磁控溅射制备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的磁性多周期膜，所述磁性多周期膜自下而上依次包括缓冲层、重金属层、磁性层和非磁性层；

S2：通过微纳加工技术在步骤S1制得的磁性多周期膜上制备磁性纳米点阵列；

S3：利用光诱导产生斯格明子：通过施加355～375nm的光脉冲，使偶氮键发生顺-反异构反应，偶氮苯液晶薄膜向预设方向弯曲，对磁性层产生单轴压应变，降低磁性材料的垂直磁各向异性，从而使铁磁态不能稳定存在，产生斯格明子；

S4：利用光擦除斯格明子：通过施加510～530nm的光脉冲，使得偶氮苯液晶薄膜中的顺式异构不能稳定存在，恢复为平整状态；这时磁性层处于无应变状态，磁性材料的垂直磁各向异性恢复，从而使斯格明子态不能稳定存在，回复为铁磁态。

相比于现有技术，本发明基于光致应变衬底(偶氮苯液晶薄膜)，利用光对偶氮键的顺反异构的调控在磁性多周期膜中产生应变从而产生斯格明子，能大幅度降低磁性多周期膜中磁性斯格明子的成核能量阈值。该方法通过施加不同波长的光脉冲，可方便地调控磁性多周期膜中的磁各向异性状态，进而改变磁畴状态，实现斯格明子的产生和擦除。该方法产生和擦除斯格明子消耗的能量较低，器件稳定性强，有利于器件微型化发展。