В традиционных плоских решётчатых структурах простые магнитные упорядочения обычно проявляются в виде коллинеарного расположения спинов, что в основном обусловлено гейзенберговским обменным взаимодействием. Однако с быстрым развитием микро‑ и нанотехнологий низкоразмерные изогнутые геометрические структуры, способные нарушать пространственную инверсионную симметрию, привлекают широкое внимание исследователей. Сочетание эффекта кривизны с самопроизвольным нарушением временной инверсионной симметрии в магнитных материалах позволяет индуцировать такие неколлинеарные спиновые структуры, как магнитные вихри, антенны и скирмионы. Эти сложные магнитные конфигурации демонстрируют огромный потенциал для фундаментальных физических исследований, а также для разработки следующего поколения высокоплотной энергонезависимой памяти и спинтронных устройств. В настоящее время учёные уже изучили множество магнитных модификаций на изогнутых поверхностях, стремясь с помощью геометрического дизайна реализовать топологическую магнетизм и хиральные магнитные состояния, тем самым открывая новые пути для создания принципиально новых электронных материалов.

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в этой области, современные исследования по‑прежнему сталкиваются с серьёзными вызовами, особенно в сфере изучения радиального магнетизма в высококачественных кристаллических структурах, подвергнутых изгибу. В большинстве предыдущих работ использовались аморфные или поликристаллические материалы; из‑за существенного геометрического демагнитизирующего поля магнитная легкоаксиальная ось тонких плёнок обычно ориентируется в плоскости, что затрудняет достижение желаемого радиального распределения. Кроме того, точное управление решёточными напряжениями во время изгибания при сохранении высокого уровня кристаллического качества остаётся одной из ключевых технических задач при создании высокоэффективных микроструктурных устройств.

В ответ на указанные выше проблемы исследовательская группа, в состав которой вошли Институт физики Китайской академии наук, Университет Китайской академии наук, Цинхуа университет и Лаборатория материалов Суншаньху, провела комплексные исследования с использованием безмасочного литографического аппарата DMD компании Зэюй Технолоджи. Команда, используя технологию самосборки за счёт анизотропных интерфейсных напряжений в двуслойной плёнке SrTiO3/SrRuO3, впервые осуществила точное формирование радиально изогнутых магнитных структур и исследование механизмов магнитоэлектрического транспорта в микроканалах из SrRuO3 с высоким качеством кристаллизации.

Заголовок: Стресс‑собранный кристаллический микротрубка из SrRuO3 и возникающий криволинейный магнетизм
Журнал: Передовая наука
Веб-сайт: https:// doi.org/10.1002/advs.202522085

Исследовательская группа с использованием технологии импульсного лазерного осаждения успешно получила на подложке из титаната стронция эпитаксиальные двуслойные пленочные гетероструктуры, состоящие из титаната стронция и рутената стронция, обладающие высоким качеством кристаллизации. В данной конструкции巧妙но введён слой оксида стронция‑кобальта толщиной около двадцати нанометров в качестве sacrificial layer; за счёт регулирования степени решёточной несоответствия между эпитаксиальными слоями внутри пленки предварительно создаётся определённая интерфейсная деформационная энергия. Благодаря точному выбору кристаллографической ориентации подложки исследователи смогли осуществить анизотропное управление распределением деформаций, что заложило физическую основу для последующего использования высвобождения этой деформационной энергии для приведения пленки к самосворачиванию и формированию микронных трубчатых структур.

В ключевом этапе микро‑ и нанообработки исследователи сначала с помощью DMD‑проектора без маски от компании Zeyou Technology осуществляют миллиметровое локализованное формирование рисунка на гетероструктурной тонкой плёнке, после чего с помощью ионно‑лучевой литографии точно задают микроскопические структурные элементы в форме прямоугольников или дисков. После выборочного удаления подложечного слоя кислотным раствором предварительно напряжённая эпитаксиальная двуслойная плёнка самопроизвольно сворачивается вдоль определённых кристаллографических осей, в результате чего образуются микроканалы диаметром от нескольких сотен нанометров до нескольких десятков микрометров, регулируемые по размеру. Этот технологический процесс не только обеспечивает сохранение чрезвычайно высокого кристаллического качества изогнутых структур, но и благодаря методу стресс‑ассистированной самосборки преодолевает ограничения традиционных подходов, затрудняющих создание сложных трёхмерных геометрий.

В эксперименте с использованием сверхпроводящего квантового интерферометра была проведена детальная магнитная характеристика массива микротрубок; полученные результаты подтвердили, что пленка стронция рутената при сворачивании проявляет уникальную радиальную магнитную структуру. Поскольку кристалл стронция рутената обладает чрезвычайно сильной спин‑орбитной связью и соответствующей ей магнитокристаллической анизотропией, его магнитная легкоаксиальная направлена всегда перпендикулярно поверхности пленки; в геометрии микротрубок это проявляется в непрерывном повороте магнитного момента по радиусу. Такая радиально симметричная вращательная магнитная упорядоченность при отсутствии внешнего поля демонстрирует нормированную остаточную намагниченность порядка 63,7%, что весьма хорошо согласуется с предсказаниями теоретической модели и убедительно свидетельствует о том, что исследовательской группе удалось успешно создать чисто радиально изогнутую магнитную систему.

Для глубокого понимания влияния кривизны на механизм рассеяния электронов исследовательская группа провела измерения магнитосопротивления в зависимости от температуры и угла наклона для отдельных микротрубок. Представив микротрубку как бесконечное множество продольно расположенных плоских пленочных полос, учёные разработали интегральную физическую модель, позволившую успешно смоделировать внутреннюю связь между общим сопротивлением микротрубки и локальным распределением магнитного момента. Было установлено, что анизотропный эффект магнитосопротивления микротрубки зависит не только от внешнего магнитного поля, но и в более глубокой степени отражает сохранение вращательной симметрии решётки в искривлённом пространстве и её модулирующее воздействие на перенос заряда. Полученные результаты обеспечивают ключевую экспериментальную базу и теоретическое обоснование для разработки новых спинтронных устройств, основанных на трёхмерных магнитных конфигурациях поверхностей.

Технология ZML компании ZeYou — это безмасочная литографическая система на основе DMD‑чипов; вместо традиционных масок используется DMD‑модуль, что позволяет быстро и гибко формировать литографические рисунки. Система поддерживает двумерную литографию и 8‑битную градацию серого, удовлетворяя требованиям литографии в любом микронном масштабе и широко применяясь в таких областях, как MEMS, микрофлюидика и других.