[發(fā)明專利]一種自旋極化探針的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010584756.0
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111638388A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐慶宇;王光宇
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01Q60/16
• 分類號: G01Q60/16;G01Q70/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種制備自旋極化探針的方法。具體步驟為：在掃描探針顯微鏡或者掃描隧道顯微鏡探針的基礎(chǔ)上，在針尖表面沉積一層10?300nm厚的NiO薄膜，隨后沉積一層厚度1?30nm的Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;薄膜。然后將針尖接觸金屬薄膜表面，在針尖與薄膜之間加上電壓，其中針尖電壓高于薄膜的電壓，并設(shè)定保護電流(10supgt;?5/supgt;A?10supgt;?/supgt;supgt;1/supgt;A)，電壓加到一定數(shù)值(2V?10V)時，電阻會突然從高阻態(tài)跳變到低阻態(tài)，這時NiO和Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;層內(nèi)部形成了金屬Ni的導(dǎo)電細(xì)絲，即制成自旋極化的探針。這種納米尺度自旋極化的鐵磁導(dǎo)電細(xì)絲探針制備工藝簡單。細(xì)絲的直徑嚴(yán)格可控，精度可以達(dá)到納米尺度；可以通過改變Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;薄膜的厚度，控制導(dǎo)電細(xì)絲頂端與探測表面的間隔，對直接導(dǎo)電和隧穿導(dǎo)電機制進(jìn)行調(diào)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自旋極化探針的制備方法，屬于材料測試儀器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

掃描隧道顯微鏡通過針尖與表面之間隧穿電流的測量研究表面起伏的形貌、薄膜的能帶結(jié)構(gòu)等多種材料的信息。其中隧穿電流也受到薄膜與針尖之間相對磁化方向的影響，從而可以測量薄膜的磁疇、自旋極化率等磁性相關(guān)信息。

常規(guī)的自旋極化探針的制備是在掃描隧道顯微鏡的探針表面沉積一層磁性薄膜，這樣導(dǎo)致空間分辨率受到針尖大小的影響。同時制備連續(xù)的磁性薄膜產(chǎn)生的雜散場在通常針尖到薄探測表面間隔大概1nm的情況下非常大。因此，迫切需要一種能夠達(dá)到納米尺度的鐵磁針尖的制備工藝。

為了克服現(xiàn)有探針制備工藝的不足，本發(fā)明提供了一種獲得納米尺度鐵磁導(dǎo)電針尖的制備工藝。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種尺寸在納米尺度的自旋極化的鐵磁導(dǎo)電針尖的制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的自旋極化的鐵磁導(dǎo)電針尖的制備方法包括以下步驟：

1)、在普通導(dǎo)電探針表面先沉積一層厚度為10nm-300nm的NiO薄膜；

2)、接著再沉積一層厚度在1nm-30nm厚的Al₂O₃薄膜；

3)、將沉積有NiO薄膜和Al₂O₃薄膜導(dǎo)電探針的針尖接觸金屬薄膜，利用電流源表加電流，設(shè)置保護電流值為10^-5A-10^-1A；

4)、在針尖與金屬薄膜之間加電壓，針尖電壓高于薄膜的電壓，電壓加到2V-10V時，針尖與薄膜之間電阻突然減小，回路電流突然增大到設(shè)定的保護電流值，在NiO和Al₂O₃層內(nèi)形成金屬Ni導(dǎo)電細(xì)絲；

5)、撤去電壓，制得自旋極化的針尖。

其中，

所述的在導(dǎo)電探針表面先后沉積NiO和Al₂O₃薄膜，沉積薄膜的方法為磁控濺射或脈沖激光沉積。

所述的普通導(dǎo)電探針包括鎢絲針尖、鉑絲針尖等。

所述的金屬薄膜包括鉑、金、鎳、鎳鐵、銅等。

所述的保護電流值通過電流源表進(jìn)行控制，當(dāng)電流到設(shè)定值后即保持不變。

所述的導(dǎo)電細(xì)絲的粗細(xì)通過設(shè)定的保護電流大小加以控制，保護電流小，則導(dǎo)電細(xì)絲更細(xì)，從而探針可以得到更高的空間分辨率。