Тонкие магнитные пленки NiFe, составляющие наноструктуры MoS2 для применения в спинтронике

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 9809 (2022) Цитировать эту статью

1276 Доступов

Подробности о метриках

Мы демонстрируем слой наноструктуры, состоящий из тонкопленочных сопряженных нанохлопьев MoS2 Ni80Fe20 (пермаллой:Py). Слои созданы на основе одностадийного совместного осаждения Py и MoS2 из единого раствора, в котором сосуществуют ионные хлопья Ni и Fe и MoS2. Синтезированные тонкие пленки с чешуйками MoS2 демонстрируют увеличение коэрцитивной силы и усиление магнитооптического эффекта Керра. Ширина линии ферромагнитного резонанса, а также параметр затухания значительно увеличились по сравнению со слоем Ру из-за присутствия MoS2. Рамановская спектроскопия и элементное картирование используются для демонстрации качества MoS2 в тонкой пленке Py. Наш метод синтеза обещает новые возможности для электрохимического производства функциональных устройств на основе спинтроники.

Недавние многообещающие достижения в спинтронике, особенно в тонких магнитных пленках, сопряженных с двумерными (2D) материалами, сделали эту тему интересной для фундаментальных исследований, направленных на изучение их важной роли в будущих устройствах памяти и вычислений на основе спинтроники1,2,3,4,5 . Основным фундаментальным явлением в таких структурах является спин-орбитальное взаимодействие (СОВ)6,7. Чтобы получить выгоду от КНИ в устройствах спинтроники, в устройствах, контактирующих с тонкими магнитными пленками, используются материалы с высокой спин-орбитальной связью (SOC), в основном тяжелые металлы, такие как Pt и Ta8. Кроме того, в связи с недавними разработками в области 2D-материалов особое внимание уделяется внедрению 2D-материалов с их интригующими свойствами вместо тяжелых металлов9,10 с высоким SOC. Многие исследования продемонстрировали успешное использование дихалькогенидов переходных металлов (TMDC) в контакте с тонкими ферромагнитными пленками для улучшения КНИ, индукции поверхностной анизотропии и т. д.11,12. Недавно мы продемонстрировали, что магнитная анизотропия может быть настроена с помощью MoS2 на поверхности тонких пленок Ру13, а также предсказанная межфазная анизотропия может быть изменена в Co/черный фосфорен14. Здесь мы альтернативно демонстрируем изменение магнитных свойств Ni80Fe20 при использовании тонких чешуек MoS2. Это показывает, что вся одна тонкая ферромагнитная пленка обладает собственными магнитными свойствами, индуцированными SOC.

Изготовление тонких пленок для устройств спинтроники на основе физических методов, таких как напыление и термическое испарение, показало наилучшие результаты15,16. Кроме того, метод электроосаждения оказался очень перспективным для производства спиновых клапанов с очень большим количеством повторений слоев (более 100 повторяющихся слоев17), а также функциональных нанопроволок для спиновых калоритронных устройств18,19,20. Хотя следует отметить, что электроосаждение не позволяет получать ультратонкие пленки без пустот или создавать многослойные материалы из различных типов материалов за один рост21. Создание 2D-материалов, контактирующих с тонкими ферромагнитными пленками, было сложной задачей22,23, и такие структуры создаются путем переноса готовых 2D-слоев на ферромагнитные слои24. Помимо многоэтапного метода изготовления, контакты материалов плохие, что до сих пор ограничивает их воспроизводимость и масштабируемость25. Поэтому для достижения более высокого выхода и функциональности необходима разработка нового метода изготовления гетероструктуры из 2D материалов/ферромагнитных слоев.

В этой работе мы используем метод электроосаждения для изготовления магнитных пленок Py и представляем совместное электроосаждение тонких чешуек MoS2 с ионными элементами раствора. Рамановская спектроскопия указывает на успешное воплощение тонких чешуек MoS2 внутри выращенной магнитной пленки. Магнитные свойства слоя с чешуйками MoS2 демонстрируют заметные различия с голым ферромагнитным слоем, включая более высокие магнитную коэрцитивность и параметр затухания, которые напрямую связаны с увеличением SOC среды. Наши результаты показывают, что наш метод изготовления привел к хорошей близости между MoS2 и магнитным материалом для индукции SOC в ферромагнетике. Наш метод можно использовать для выращивания градиентов или мультислоев исследуемого материала посредством контроля условий роста, таких как приложенное напряжение/ток роста.