编辑推荐：
为解决下一代高密度非易失性节能存储器应用中磁畴壁（DW）运动的控制问题，研究人员开展了 Ta/CoFeB/MgO 多层膜界面工程对 DW 运动影响的研究。结果发现退火会改变界面结构，增加钉扎中心，提高蠕变常数。这对精确控制 DW 运动意义重大。
在科技飞速发展的当下，电子设备对存储技术的要求越来越高。下一代高密度非易失性节能存储器成为了研究的热点领域。在这个领域中，利用磁畴壁（Domain Wall，DW）运动来实现数据存储和处理备受关注。然而，要让 DW 运动稳定且可控，却面临着诸多难题。例如，在一些多层膜结构中，DW 运动容易受到各种因素的干扰，导致运动速度不稳定、难以精确控制，这极大地限制了相关存储技术的发展 。为了解决这些问题，来自国内的研究人员开展了关于界面工程对具有垂直磁各向异性（Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA）的 Ta/CoFeB/MgO 多层膜中磁畴壁运动影响的研究。他们的研究成果对于推动下一代存储技术的进步具有重要意义，相关论文发表在《Applied Surface Science》上。
研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。首先，在样本制备方面，他们在室温、超高真空（4.5×10-8 torr）条件下，于 Si/SiO2 衬底上沉积多层膜 Ta 100/CoFeB 9/MgO 10/Ta 20（?），且在沉积前对每个靶材进行 15 分钟预溅射以确保清洁。其中，CoFeB（原子组成 Co:Fe:B = 40:40:20 ）和 Ta 采用直流（DC）电源沉积，MgO 层则通过功率为 50 的射频（RF）溅射沉积。其次，使用真空热退火技术，在 100 - 250°C 温度范围内对样品进行处理。最后，通过多种表征技术对样品的结构和磁性能进行分析 。
下面来看具体的研究结果：
- 多层膜的磁滞回线：研究人员对原始多层膜的磁滞回线进行了研究。发现其面外配置（out-of-plane configuration）和 面内配置（in-plane configuration）的磁滞回线有所不同，面外配置曲线呈现出完美的方形回线，体现了多层膜结构中的垂直磁各向异性（PMA） 。这表明在原始状态下，多层膜具有良好的垂直磁各向异性特性，为后续研究退火对其影响提供了基础。
- 退火对多层膜的影响：通过实验发现，多层膜在 200°C 以下都能保持垂直磁各向异性（PMA）。化学分析显示，退火后硼向 MgO 扩散，形成了硼氧化物，同时 Co - O 键减少。这不仅抑制了垂直磁各向异性（PMA），还使矫顽力（coercivity）增加。另外，界面原子的运动引发了原子混合，形成了合金，结构的改变增加了钉扎中心，反映在磁畴壁（DW）粗糙度的增加上。而且，这种原子混合还使蠕变常数显著增加，突出了界面在控制磁畴壁（DW）动力学中的重要作用 。
在研究结论和讨论部分，研究人员发现热诱导的 CoFeB 界面混合能够改变 Ta/CoFeB/MgO 多层膜在蠕变区域（creep regime）的磁畴壁（DW）动力学。磁畴壁（DW）速度的降低与磁畴壁（DW）粗糙度的变化相关，说明退火促进了钉扎中心的形成，提高了薄膜的矫顽力。更重要的是，蠕变常数的增加与界面混合密切相关。虽然这可能会降低磁畴壁（DW）的运动速度，但却有助于更精确地控制磁畴壁（DW）的运动，这对于高精度自旋电子器件的运行至关重要。研究还发现，随着退火温度的升高，蠕变常数呈明显的增加趋势，这与界面扩散和钉扎机制的改善相吻合 。
综上所述，这项研究为理解退火诱导的界面改性与磁畴壁（DW）运动之间的关系提供了更深入的视角。以往的研究大多侧重于通过提高界面质量来加快磁畴壁（DW）的运动速度，而该研究强调了在稳定性和精度要求极高的系统中，控制钉扎的重要性。它为下一代高密度非易失性节能存储器应用中磁畴壁（DW）运动的精确控制提供了理论依据和实践指导，有望推动自旋电子器件领域的进一步发展，让未来的存储技术更加高效、稳定和精确。
