基于可重构Tb/Co铁磁多层膜的磁泳技术：用于增强芯片实验室设备的定向运输控制

研究人员针对芯片实验室(LOC)设备中磁性颗粒定向运输的调控需求，通过聚焦离子束(FIB)对Tb/Co铁磁多层膜进行非拓扑图案化，构建了具有三重磁构型的可重构基底。该研究实现了通过外部磁场脉冲改变磁对称性，从而调控超顺磁珠(SPBs)在弱振荡磁场下的运输方向，为多功能LOC设计提供了新策略。

　　

在生物医学检测领域，快速、精准的试剂运输是芯片实验室(LOC)设备的核心挑战。传统微流控技术虽能实现高速运输，但难以实现单颗粒级操控；而基于永磁体或电磁铁的磁控方案又面临体积大、灵活性不足的问题。磁性薄膜图案化技术为这一困境提供了新思路，但现有系统普遍存在磁构型固定、运输模式单一等局限。

针对这一科学难题，来自波兰科学院分子与细胞生物学研究所等机构的研究团队创新性地利用聚焦离子束(FIB)加工技术，在具有垂直磁各向异性的Tb/Co铁磁多层膜上构建了可重构磁图案。该研究成果发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》，展示了如何通过磁场调控实现运输路径的主动切换，为下一代LOC设备开发提供了重要技术支撑。

研究团队采用三项关键技术方法：(1)采用磁控溅射制备Ti/Au/(Tb/Co)₆/Au多层膜结构；(2)使用30 keV Ga⁺ FIB以4×10¹³和8×10¹³ ions/cm²两种剂量进行选择性区域辐照；(3)通过偏振磁光克尔效应显微镜(P-MOKE)实时观测磁构型转变，并结合图像追踪技术分析2.8 μm超顺磁珠(SPBs)的运动轨迹。

3.1 结果
通过FIB辐照诱导Tb选择性氧化，成功制备了具有差异饱和磁化强度(M_S)和矫顽场(H_S)的三重磁区域。P-MOKE测试显示，施加100-200 kA/m磁场可实现从条纹构型(S1)到方形点阵构型(S2)的可逆转变，磁对称性由二重变为四重。

3.2 讨论
在S2构型下，SPBs在所有场平面方向(θ)均能实现有效运输，最大速度达48 μm/s；而在S1构型中，仅当θ>30°时才出现显著运输。这种差异源于不同磁构型产生的梯度场分布：S2构型的平均ΔM_S达0.26 MA/m，显著高于S1构型的0.21 MA/m。研究还发现，通过调节辐照剂量D可独立控制M_S和H_S，这为设计多模式运输通道提供了可能。

该研究的突破性在于首次实现了磁泳基底的有效对称性重构。相比传统固定构型系统，这种动态调控能力使单个LOC设备可适配不同检测需求，特别是在多重分析(multiplexing)场景中展现出独特优势。虽然Tb/Co体系的高矫顽场目前限制了重构速度，但研究揭示的物理机制为开发新型可编程磁控平台奠定了重要基础。未来通过优化材料体系与图案设计，有望实现更快速的实时重构，推动智能LOC设备的创新发展。