【AtomEdge Pro 应用案例】直击核心：在MTJ中实现室温斯格明子的纳米尺度精准成像-致真精密仪器（青岛）有限公司

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【AtomEdge Pro 应用案例】直击核心：在MTJ中实现室温斯格明子的纳米尺度精准成像

发布时间：

2025-11-13

在自旋电子学和下一代磁性存储器（MRAM）领域，磁性斯格明子（Skyrmion）因其独特的拓扑稳定性和低驱动电流密度等优势，被视为构建未来高性能信息器件的核心候选。然而，在室温条件下、与实际器件兼容的磁性隧道结（MTJ）堆栈中直接观测并精准表征这些纳米尺度的磁结构，一直是该领域面临的关键挑战。

近日，我们利用 AtomEdge Pro 原子力显微镜，成功在室温下对复杂的 SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉ MTJ 堆栈中的磁性斯格明子及迷宫畴的存在状态进行了直接可视化表征，为拓扑磁结构从基础研究走向应用迈出了关键一步。

研究成果概览

测试样品：

SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉是一种复杂的磁性多层薄膜异质结构，其精密的堆栈设计旨在诱导斯格明子的形成。

△ SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉样品

核心发现：通过AtomEdge Pro的磁力显微镜（MFM）模式，在10µm × 10µm的扫描范围内，我们清晰地揭示了样品表面同时存在斯格明子与迷宫畴两种磁畴结构。

△在MTJ堆栈中观测到的斯格明子（点状区域）与迷宫畴（条状区域）的磁畴分布图

定量分析：为了进一步精确表征，我们对图像进行了剖线分析。数据显示：

红线标记的斯格明子的直径为 234 nm（如图b所示）。

迷宫畴的磁畴宽度为 217 nm（如图c所示）。

a:Maze domain and Skyrmions in MTJ stack: SAF/MgO/[Ta/Co/Pt]₉样品磁畴分布图，红线标记为斯格明子，蓝线标记迷宫畴；b:a图上红线对应的数据,分析可知该斯格明子的直径为234nm；c:a图上蓝线对应的数据，分析可知该迷宫畴的磁畴宽度为217nm。

这一结果不仅直观地展示了两种磁畴形态，更对其尺寸进行了亚纳米级的精准测量，为理解其形成机理和稳定性提供了宝贵的实空间证据。

AtomEdge Pro：为何能够突破表征瓶颈？

传统的宏观磁学表征技术（如振动样品磁强计、磁光克尔效应显微镜）受限于空间分辨率，难以对斯格明子这类纳米尺度的磁纹理进行精细成像。AtomEdge Pro 之所以能够在此次研究中发挥关键作用，主要得益于其核心技术优势：

超高空间分辨率：AtomEdge Pro 利用高灵敏度的磁性探针精确感知样品表面的磁力梯度变化，能够实现纳米级别的空间分辨能力。

精准的定量表征：不仅能“看得到”，更能“测得准”。通过对MFM图像的精确数据分析，可提取磁畴的尺寸、分布和形态等关键物理参数，为理论计算和器件设计提供可靠的实验数据。

强大的样品兼容性：本次测试的MTJ堆栈是面向实际应用的多层膜结构，AtomEdge Pro成功地对其进行了无损、高分辨率的表征，证明了其在复杂器件级样品研究中的强大适用性。

科学价值与应用前景

此次成功的测试不仅是AtomEdge Pro性能的一次有力证明，更对相关科研领域具有重要意义：

推动MRAM研究：在磁性隧道结中实现并直接观察到斯格明子，是将其潜力转化为新一代信息器件的关键。AtomEdge Pro为验证其存在、理解其行为，并最终连接微观磁结构与宏观电学性能提供了决定性的实空间证据。

赋能拓扑磁学：作为拓扑磁结构研发的核心表征工具，AFM能够为斯格明子的形成机理、稳定性及器件化探索提供可靠数据支持，加速从基础物理到应用器件的转化进程。

拓展前沿应用：这项研究所展示的能力，可广泛应用于神经形态计算、类脑智能硬件、高频微波通信与感知系统等前沿科技领域。

我们相信，精准的表征是推动科学发展的基石。AtomEdge Pro原子力显微镜致力于为全球科研工作者提供强大的微观尺度分析工具，助力您在前沿探索中看得更清、走得更远。