[發明專利]一種鐵基非晶合金、其霍爾條微器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202111484363.3
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114134434B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 武偉偉;李金鳳;沈來權;汪衛華;白海洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C22C45/02
• 分類號: C22C45/02;B22D11/06;C23C14/14;C23C14/04;C23C14/46;C23C14/35;C23C14/28;H01L43/06;H01L43/10;H01L43/14
• 代理公司: 北京市英智偉誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11521
• 代理人: 劉丹妮

本發明提供了一種鐵基非晶合金、其霍爾條微器件，還提供了該霍爾條微器件的制備方法。所述鐵基非晶合金具有≥0℃溫度穩定的非共線磁結構；所述霍爾條微器件具有≥0℃溫度穩定非共線磁結構和拓撲霍爾效應；所述霍爾條微器件有兩種形態，一種是從鐵基非晶合金條帶上利用激光加工技術，按照“豐”字形圖紙切割而來。另一種是利用鐵基非晶合金的母合金錠作為濺射靶材，利用“豐”字形掩模板，通過離子束濺射鍍膜得到的厚度約50nm的薄膜形態。此外，利用洛倫茲透射電鏡還觀察到了室溫下穩定的渦旋磁結構。本發明所制備的霍爾條微器件具有室溫穩定的渦旋磁結構，以及大的拓撲霍爾效應，即由拓撲磁結構產生的額外霍爾信號，其可作為下一代非易失性磁存儲器件的讀取信號，具有很大的應用前景。

技術領域

本發明屬于磁性非晶態合金領域，具體涉及一種鐵基非晶合金、其霍爾條微器件及其制備方法。

背景技術

非共線磁結構區別于共線磁結構，即磁矩排列不是平行的鐵磁性、反平行的反鐵磁性或者亞鐵磁性，而是傾斜的。其起源可分為以下幾類：一類是幾何阻挫，即特定的幾何結構導致磁矩只能以非共線的狀態共存，從而降低整體構型的能量。另一類是兩種磁交換作用的競爭，即鐵磁交換作用和反鐵磁交換作用的競爭導致磁矩非共線排列。此外，空間反演對稱性破缺導致的DMI作用也會使得磁矩非共線排列。

拓撲磁結構如渦旋、斯格明子等是非共線磁結構的一類典型代表。當考慮傳導電子和局域的拓撲磁結構間是強耦合作用時，傳導電子自旋波函數會在經過拓撲磁結構時積累一個名為貝里相位的有效磁通量，并且感受到由此產生的有效磁場，名為貝里曲率。這個有效磁場會偏轉電子產生額外的霍爾效應。區別于由外磁場導致的普通霍爾效應以及由材料自發磁化導致的反常霍爾效應，這種由拓撲磁結構導致的霍爾效應稱為拓撲霍爾效應。

拓撲霍爾效應來源于低場下傳導電子和局域非共線磁結構的相互作用，具體來說，非共線磁結構包括局域的手性自旋態即非共線的局域三自旋，以及完整的類磁渦旋結構。當考慮傳導電子和上述磁結構間是鐵磁強耦合時，這些電子在通過此類磁結構時會積累額外的幾何相位，該相位的作用是偏轉電子如實空間的磁場一般，因此會出現額外的霍爾效應。拓撲霍爾效應來源于拓撲磁結構，天然的可作為基于拓撲磁結構存儲器件的讀取信號，因而吸引了人們極大的關注。

拓撲磁結構具有體積小，穩定性高，驅動電流密度小的特點，而相關的拓撲霍爾效應可作為穩定的輸出信號。因此結合兩者的特點有望制備出下一代非易失性磁隨機存儲器件。但是現有材料中的拓撲磁結構大都在低溫下穩定存在，相關的拓撲霍爾效應較小，不利于實際應用。因此迫切需要發明一種新的具有室溫及以上穩定拓撲磁結構和較大拓撲霍爾效應的材料。

發明內容

因此，本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，提供一種鐵基非晶合金、其霍爾條微器件及其制備方法。本發明的鐵磁非晶合金其居里溫度較高，且因為競爭磁相互作用而具有非共線磁結構，因此十分適合獲得室溫以上穩定拓撲磁結構和拓撲霍爾效應。

為實現上述目的，本發明的第一方面提供了一種鐵基非晶合金，所述鐵基非晶合金具有≥0℃溫度穩定的非共線磁結構；

優選地，所述非共線磁結構選自以下一種或多種：渦旋磁結構、麥韌磁結構、斯格明子磁結構、霍普夫子磁結構，最優選為渦旋磁結構；

優選地，所述鐵基非晶合金的組成中，除鐵元素外，還含有選自以下一種或多種元素：Y、Tb、Zr、B、Si、Co、Ni，優選為：Y、Zr、B、Si、Co、Ni，更優選為：Zr、B、Si、Co、Ni，進一步優選為：Zr、B、Si、Ni。