【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料，具体是一种使得亚铁磁合金获得手性耦合的方法。
技术介绍
1、几十年来，半导体信息技术一直遵循着摩尔定律的预测快速发展。但是，随着互补金属氧化物半导体(cmos)器件的尺寸逐渐逼近其物理极限，尺寸微缩变得十分困难，迫使人们寻求和发展新原理的运算器件。另一方面，现有的冯·诺依曼运算机架构由独立的数据处理单元和数据存储单元构成，数据存储和传输的速度若没有跟上数据处理单元的运行速度，导致数据存储和处理单元之间的速度差距越来越大，产生了存储墙问题，这被认为是限制运算机整体性能进一步发展的主要瓶颈之一。因此，发展存算一体化的新型原理运算器件对于新一代高性能运算机具有重要意义。利用电子的自旋属性承载信息并执行数据处理功能，有望实现低功耗、高速度、非易失性的自旋电子学芯片，从而构建新一代高性能运算机。特别是，近几年纳米磁性系统中手性磁结构的发现[1,2]，为下一代自旋电子学器件的开发带来了新的契机。这些手性磁结构具有纳米级的尺寸，且可以通过电学方式对其进行低功耗地操控，因此非常适合数字时代大数据处理和存储的运算需求。最近的实验和理论研究表明，可以通过在磁性系统中施加电流来驱动磁畴壁高速定向移动[3,4]，并通过设计器件几何结构和磁性调控实现多种运算操作[5]。然而，目前的研究大都聚焦于铁磁性材料。铁磁材料存在大的杂散场且对外磁场敏感，导致了基于铁磁体的自旋电子学器件的集成度及可靠性降低。同时，铁磁材料的自旋动力学过程一般在纳秒尺度，限制了其器件响应速度的进一步提升。相比之下，亚铁磁材料在其磁化补偿点处，极大减少了杂散场，可
2、因此，想要实现亚铁磁构筑的存算一体器件，对亚铁磁磁结构的操纵尤为重要，本专利技术主要利用cmos工艺兼容的离子辐照技术，构筑亚铁磁手性耦合磁结构，为发展基于亚铁磁手性磁结构原理的高性能自旋电子学存算一体器件提供理论和技术指导。
3、[1]luo z,dao tp,hrabec a,et al.chirally coupled nanomagnets[j].science,2019,363(6434):1435-1439.
4、[2]luo z,hrabec a,dao t p,et al.current-driven magnetic domain-walllogic[j].nature,2020,579,214-218.
5、[3]cai k,zhu z,lee j m,et al.ultrafast and energy-efficient spin-orbit torque switching in compensated ferrimagnets[j].nature electronics,2020,3(1):37-42.
6、[4]caretta l,mann m,büttner f.et al.fast current-driven domain wallsand small skyrmions in a compensated ferrimagnet[j].nature nanotech,2018,13:1154-1160.
7、[5]kumar d,jin t,sbiaa r,et al.domain wall memory:physics,materials,and devices[j].physics reports,2022,958:1-35.
8、[6]je s g,rojas-sánchez j c,pham t h,et al.spin-orbit torque-inducedswitching in ferrimagnetic alloys:experiments and modeling[j].applied physicsletters,2018,112(6):062401.
9、[7]kim k j,kim s k,hiratay,et al.fast domain wall motion in thevicinity of the angular momentum compensation temperature of ferrimagnets[j].nature materials,2017,16(12):1187-1192.
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供自旋的逻辑架构提供了非易失性数据保留、低功耗和可级联性，扩展了互补金属氧化物半导体逻辑的技术路线图。磁畴壁结构在处理和存储信息方面具有运动速度快、密度高、不易挥发和设计灵活等优点。然而，这种方案依赖于使用外部磁场的畴壁操纵，这限制了它们在密集、大规模芯片中的实现。本专利技术首次利用镓离子辐照实现了亚铁磁合金的手性耦合，利用界面dzyaloshinskii-moriya相互作用实现横向相邻磁畴的面外和面内磁区之间的手性耦合。该概念将结合亚铁磁超快的磁动力学行为(如自旋轨道力矩操纵的超快磁化翻转)、低杂散场特性，构筑亚铁磁磁畴全电操纵逻辑器件，有望在新型计算方面展现出比传统的铁磁系统更快、密度更高，稳定性更强的应用潜力。
2、本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，包括以下步骤：
3、1)、采用直流磁控溅射技术在si/sio2衬底上沉积钽(ta)作为种子层的步骤；
4、2)、在步骤1)的基础上，采用直流磁控溅射技术在种子层ta上沉积铂(pt)作为重金属层的步骤；
5、3)、在步骤2)的基础上，采用磁性过渡金属或合金(tm)和稀土金属(re)靶材直流共溅射的方法在ta/pt多层膜上制备tm-re亚铁磁合金的步骤；
6、4)、在步骤3)的基础上，采用直流磁控溅射技术在多层膜上再沉积ta作为覆盖层的步骤，最终在si/sio2衬底上得到ta/pt/tm-re亚铁磁层/ta多层膜结构。
7、5)、利用镓离子辐照改变亚铁磁薄膜的垂直磁各向异性由面外向面内转变，构筑亚铁磁手性耦合的结构。
8、进一步的，步骤1)中，在si/sio2衬底上沉积1-2nmta作为种子层，溅射功率、背景和工作气压分别为20-75w、1-5×10-8torr和3-10mtorr。
9、进一步的，步骤2)中，在种子层ta上沉积5-7nmpt作为重金属层，溅射功率、背景和工作气压分别为20-75w，1-5×10-8t本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是：步骤1)中，在Si/SiO2衬底上沉积1-2nmTa作为种子层，溅射功率、背景和工作气压分别为20-75W、1-5×10-8Torr和3-10mTorr。
3.根据权利要求1所述的在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是：步骤2)中，在种子层Ta上沉积5-7nmPt作为重金属层，溅射功率、背景和工作气压分别为20-75W，1-5×10-8Torr和3-10mTorr。
4.根据权利要求1所述的在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是：步骤3)中，在Ta/Pt多层膜上制备6-8nm的TM-RE亚铁磁合金，固定TM靶材的溅射功率，改变RE靶材的溅射功率来改变TM-RE层中的RE的溅射速率，进而改变TM和RE的原子配比，背景和工作气压分别为1-5×10-8Torr和3-10mTorr。
5.根据权利要求1所述的在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是：步骤4)中，在多层膜上再沉积1-2nm T
6.根据权利要求1所述的在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是：TM-RE亚铁磁层的过渡金属和稀土金属分别为Co和Gd，或CoTb、GdFeCo、FeGd、FeTb中的一种磁性过渡金属-稀土体系。
7.根据权利要求1-6任一项所述的在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是：包括以下步骤：将纯度99.99％的Ta靶、Pt靶、Co靶和Gd靶放入磁控溅射靶位，当溅射室的本底真空优于5×10-8Torr时，往溅射室内通入纯度为99.99％的氩气，调节氩气流量，使氩气的压强为10mTorr，分别对Ta、Pt、Co、Gd靶进行预溅射，功率均为30W。
8.一种亚铁磁手性耦合多层膜结构，其特征是：由权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是：步骤1)中，在si/sio2衬底上沉积1-2nmta作为种子层，溅射功率、背景和工作气压分别为20-75w、1-5×10-8torr和3-10mtorr。
3.根据权利要求1所述的在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是：步骤2)中，在种子层ta上沉积5-7nmpt作为重金属层，溅射功率、背景和工作气压分别为20-75w，1-5×10-8torr和3-10mtorr。
4.根据权利要求1所述的在亚铁磁合金中获得手性耦合的方法，其特征是：步骤3)中，在ta/pt多层膜上制备6-8nm的tm-re亚铁磁合金，固定tm靶材的溅射功率，改变re靶材的溅射功率来改变tm-re层中的re的溅射速率，进而改变tm和re的原子配比，背景和工作气压分别为1-5×10-8torr和3-10mtorr。
5.根据权利要求...
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