פרוטוקול להרכבת מיקרו מגנטי – ו nanostructures עם תצורות ספין ויוצרים מתאים במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) ולימודי מיקרוסקופ (MTXM) רנטגן תמסורת מגנטית מגנטי מערבולות מוצג.
Microscopies מגנטי אלקטרונים ורנטגן לאפשר הדמיה מגנטית ברזולוציה גבוהה עד עשרות ננומטר. עם זאת, הדגימות צריכים להיות מוכנים על קרום שקוף אשר הם שבירים מאוד קשה לתמרן. אנו מציגים תהליכים על הזיוף של דגימות עם מיקרו מגנטי, nanostructures עם תצורות ספין ויוצרים מתאים במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים לורנץ, תמסורת מגנטית רנטגן מיקרוסקופ מחקרים מגנטי מערבולות. הדגימות הינן מוכנות על ממברנות הסיליקון ניטריד ואת הזיוף מורכב ספין ציפוי, UV, קרינה לליטוגרפיה, פיתוח כימי להתנגד, אידוי חומר מגנטי ואחריו תהליך ההמראה ויוצרים מבנים מגנטי הסופי. הדגימות במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים לורנץ מורכב מגנטי nanodiscs מוכן בשלב ליתוגרפיה יחיד. הדגימות עבור מיקרוסקופ שידור רנטגן מגנטיים משמשים לניסויים דינאמיים זמן לפתור מגנוט, nanodiscs מגנטי מוצבים גלבו המשמש הדור של השדה המגנטי הדיר פולסים על-ידי העברת חשמלי זרם דרך גלבו. גלבו נוצר בשלב הדפס אבן נוספת.
המגנטיות של nanostructures נחקרה באופן אינטנסיבי בשני העשורים האחרונים בעקבות מגמות טכנולוגיות לקראת המזעור. כל הממדים לרוחב של המבנים הופכות לקטנות יותר, קטן יותר, תכונות מגנטיות של מבנים פרומגנטי ולהתחיל להיות נשלטת על ידי הצורה הגיאומטרית מבנה בנוסף לתכונות של חומר מגנטי. ההתנהגות של רכיבים מגנטיים שונים של חומרי תפזורת כדי מזערים נצפה פרטים (למשל, על ידי הובר בישיבתו)1. אחת הדוגמאות הידועה ביותר של מצב הקרקע מגנוט לא טריוויאלי הוא מגנטי מבנים מגנוט של מערבולות-קרלינג, המתרחשים מיקרון, כחיוניים-בגודל דיסקים מגנטי דק ומצולעים. מגנוט כאן כרוך סביב בתוך המטוס סביב out-של-plane מערבולת core2,3. היפוך מגנוט של מערבולות מגנטיות נחקרה בהרחבה סטטי4,5,6 והן דינמי7,–8,–9,–10 משטרים. היישומים האפשריים של מערבולות מגנטיות הם, למשל, זיכרון רב יותר תאים11, מעגלים לוגיים12, מכשירי תדר רדיו13או פולטים גלי ספין-14.
כדי בתמונה מערבולת מגנטי במיוחד ליבת מערבולת, הרזולוציה המרחבית של הטכניקה מיקרוסקופ צריך להיות קרוב ככל האפשר כדי היסוד פיסיקליות מגנטי (להלן 10 ננומטר). לורנץ הילוכים מיקרוסקופ אלקטרונים15 (ז) ו תמסורת מגנטית רנטגן מיקרוסקופ16 (MTXM) הם מועמדים אידיאליים עבור ההדמיה של מערבולות מגנטיות כפי שהם מציעים רזולוציה מרחבית גבוהה וגם MTXM מציע גבוה טמפורלית רזולוציה ללימודי dynamics מגנוט. החיסרון של טכניקות אלה הוא הכנת הדוגמא מסובך, וזה הנושא של העיתון שהוצגו.
התהליכים שהוצגו כאן להסביר את הזיוף של דגימות המשמש הדמיה מגנטית מערבולות TEM17 ו- MTXM10,11. בשתי הטכניקות הם אופי השידור, בגלל זה, זה הכרחי כדי לפברק את המבנים על קרום דק. הקרומים עשויים בדרך כלל מ סיליקון ניטריד וטווחים שלהם עובי עשרות ננומטר כמה מאות ננומטר. כל השיטות האלה שני דורשת של הגיאומטריה מסגרת תמיכה שונים. במקרה של MTXM, המסגרת נמצאת 5 x 5 מ מ2 , החלון גדול, 2 x 2 מ מ2. במקרה של TEM, הגיאומטריה מסגרת הוא מעגל של 3 מ מ קוטר עם גודל החלון תלוי הניסוי, בדרך כלל 250 x 250 מיקרומטר2. הממברנות להביא אתגרים נוספים של טיפול מדגם קשה יותר עם הסיכון של שבירת החלונות במהלך כל התהליכים ליתוגרפיה.
הזיוף של דגימות יכול להיעשות על ידי חיוביות ושליליות להתנגד טכניקות הדפס אבן18. התהליך ליתוגרפיה להתנגד חיובי משתמש להתנגד חיובי; המבנה הכימי של השינויים להתנגד על הקרנה, החלק החשוף יהפוך מסיס היזם כימי. באזור החשוף ישטוף בעוד אזור שלא נחשפו יישאר על המצע. במקרה של תהליך ליתוגרפיה להתנגד שלילי, ההקרנות מתקשה להתנגד את, באזור החשוף יישאר על המצע בעוד אזור שלא נחשפו ישטוף במפתח כימי. ניתן להשתמש בשתי הטכניקות הזיוף של הדגימות, אבל אנחנו מעדיפים ליתוגרפיה להתנגד חיובי כי זה דורש פחות שלבים פבריקציה נוספת בהשוואה השלילי להתנגד טכניקת הדפס אבן. זה גם הרבה יותר קל לטפל, מהירה, לעיתים קרובות מספק תוצאות טובות יותר.
הראו הזיוף של דגימות עבור microscopies מגנטי ז ו- MTXM. דגימות אלה צריך להיות מפוברק על ממברנות חטא דק כך האלקטרונים, במקרה של פריט, צילומי הרנטגן רך, במקרה MTXM, יכול לחדור דרך הדגימות. יכול להיות מפוברק דגימות אלה על-ידי ליתוגרפיה להתנגד חיובי 1) או 2) ליתוגרפיה שלילי להתנגד.
השתמשנו בטכניקה ליתוגרפיה להתנגד חיובי כי היא דורשת הכנת המדגם פחות, פחות צעדים פבריקציה נוספת, מאפשר עיבוד קל יותר. זה גם מאפשר החוקר להשתמש באפקט צל, שאותו היינו עבור הפקד צורה מדויקת דיסק (הצרה של צד אחד של הדיסק). צורה זו נעשה שימוש כדי לשלוט מחזור מערבולות מגנטיות במהלך התגרענות10,11.
החיסרון של שיטה זו הוא ההליך ההמראה מסובך כי החומר סרט דק לפעמים הופקד על הקצה להתנגד, ואז לא ניתן להסיר על ידי ההמראה. פתרנו בעיה זו על-ידי שימוש שכבה כפולה להתנגד. זה קצת מגביל את הרזולוציה (כ-20 ננומטר) של תהליך lithographical אך נותר מספיק לצורך הדמיה מגנטית.
טכניקת הדפס אבן שלילי להתנגד מציעה רזולוציה גבוהה יותר מבנים עם רזולוציה עד 7 nm יכול להיכתב לתוך להתנגד. החומר ואז חרוטה משם על-ידי איכול רטוב או על ידי יון לשגר תחריט. הבעיה עם שיטה זו היא להתנגד קשה להסיר לאחר החריטה. בנוכחות חמצן נפוץ פלזמה להתנגד אחר אינה אפשרית במקרה של מבנים permalloy דק, כפי מתחמצנים בקלות רבה. עובדה זו, יחד עם הצורך להשתמש בטכניקה צל, מיטיבה את תהליך חיובי ליתוגרפיה אשר שימשה במהלך עבודה זו.
השתמשנו בדגימות שהוכנו על ידי בשיטות המתוארות במאמר זה עבור הצפיה הדינמיקה של מערבולות מגנטיות במהלך סירקולציה המעבר על-ידי10,MTXM11 , התצפית של המדינות השונות התגרענות17 . זה ניתן להרחיב סוגים נוספים של ניסויים הדורשים מבנים lithographically מוכן על הממברנות.
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה ייצורם נתמך כלכלית על ידי הסוכנות מענק של צ’כיה (פרוייקט מס 15-34632L) ועל ידי ננו CEITEC + הפרויקט, מזהה CZ.02.1.01/0.0/0.0/16 013/0001728. הזיוף דגימה ומדידה ז בוצעו בהתשתית למחקר ננו CEITEC (מזהה LM2015041, MEYS CR, 2016-2019). מינה Dhankhar נתמכה על ידי מלגה כישרון ברנו Ph.d….
SiN Membrane – TEM | Silson | SiRN-TEM-200-0.25-500 | TEM membrane |
SiN Membrane – MTXM | Silson | SiRN-5.0-200-3.0-200 | MTXM membrane |
3D adapter for spin coating | The model of the adapter for 3D printing can be downloaded at: https://www.thingiverse.com/thing:2808368 | ||
PMMA 950k electron beam resist | Allresist | AR-P 679.04 | used for TEM sample |
Electron beam resist developer | Allresist | AR 600-56 | used for TEM sample |
High-contrast electron beam resist | Allresist | AR-P 6200.13 | used for the waveguide on the MTXM sample |
High-contrast electron beam resist developer | Allresist | AR-600-546 | used for the waveguide on the MTXM sample |
Tetrakis(dimethylamido)titanium(IV) | Sigma Aldrich | 669008 Aldrich | used for TiO2 thin film deposition by ALD |
Electron beam resist for nanometer lithography | Allresist | AR-P 617.02 | used as the bottom layer of bilayer resist for easier lift-off procedure |
PMMA 950k electron beam resist | Allresist | AR-P 679.04 | used as the top layer of bilayer resist for easier lift-off procedure |
Electron beam resist developer | Allresist | AR 600-56 | used for development of the disks on waveguide |
Permalloy pellets | Kurt J Lesker | EVMPERMQXQ-D | used for the deposition of the magnetic layers |
Titanium pellets | Kurt J Lesker | EVMTI45QXQD | used as adhesive layer for the gold waveguide |
Gold pellets | Kurt J Lesker | EVMAUXX40G | used for the deposition of the waveguide |