近年來，人們在不斷探索新型低能耗、高存儲密度的磁存儲材料，特別是對于磁疇壁動力學、斯格明子等方面的研究吸引了大批科研人員的目光。隨著研究的深入，制備出具有特定磁各項異性的材料并且進行精細的調控變的尤為重要。在對樣品特性精細調控的技術中，利用氦離子輻照是對樣品無損壞的一種高精度手段。氦離子輻照具有精度高、均勻性好、條件更加靈活、易于控制等優勢，與其他改性方法相比，有利于器件或集成電路的大規模生產?；诖?，法國Spin-Ion 公司經多年研發推出離子輻照磁性精細調控系統Helium-S?。該系統采用創新的離子束技術，可以通過超緊湊和快速的氦離子束設備精確控制原子間的位移，使其能夠在原子尺度上加工材料，并通過離子束工藝來調控薄膜和異質結構。設備一經推出，便受到廣大科學家的關注，截止目前全球已有20多家科研和工業用戶以及合作伙伴使用該技術，國內也在北航和復旦等高校安裝該系統，其獨有的技術正受到來自相關科研圈和工業領域越來越多的認可。
近期，來自于法國格勒諾布爾-阿爾卑斯大學CNRS-Institut Néel實驗室的Stefania Pizzini團隊聯合法國Spin-IonTechnologies公司的兩名工程師利用離子輻照磁性精細調控系統Helium-S?對Pt/Co/AlOx磁性薄膜進行了磁性調控研究。文章以“Improving Néel Domain Walls Dynamics and Skyrmion Stability Using He Ion Irradiation”為題發表在Small上。
氦離子輻照量對樣品的磁各向異性的影響
文章討論了使用離子輻照磁性精細調控系統Helium-S?對Pt/Co/AlOx三層膜的磁性能產生的影響。研究人員發現，氦離子輻照可以改善Néel磁疇壁的動力學和斯格明子的穩定性。輻照可以降低垂直磁各向異性（PMA），而不影響界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）的強度。這使得磁疇壁可以在較低的磁場下達到更大的速度。該研究表明，將PMA與DMI分離對于基于磁疇壁動力學的低能耗設備的設計是有益的。同時，輻照還可以調節斯格明子的大小和穩定性，使其更加穩定并且可以在更高的磁場下存在。這些結果表明氦離子輻照可以對基于磁疇壁動力學和斯格明子的低能耗設備的設計產生積極影響。
氦離子輻照量對樣品的磁疇壁和斯格明子的影響
該項工作中使用的離子輻照磁性精細調控系統Helium-S?已經成為磁性薄膜研究與性能調控的重要手段。該系統可以對直徑1英寸的晶圓進行掃描輻照，具有精度高，可控性好等特點。
應用領域：
? 磁性隨機存儲器(MRAM)：自旋轉移矩磁性隨機存儲(STT-MRAM)，自旋軌道矩磁性隨機存儲(SOT-MRAM)，磁疇壁磁性隨機存儲(DW-MRAM)等；
? 自旋電子學：斯格明子，磁性隧道結，磁傳感器等；
? 磁學相關：磁性氧化物，多鐵性材料；
? 其他方向：薄膜改性，芯片加工，仿神經器件，邏輯器件等。
產品特點：
? 可通過超緊湊和快速的氦離子束設備精確控制原子間的位移，通過氦離子輻照可精確調控磁性薄膜或晶圓的磁學性質。
? 可提供能量范圍：1-30 keV的He+離子束
? 采用創新的電子回旋共振（ECR）離子源
? 可對25 mm的試樣進行快速的均勻輻照（幾分鐘）
? 超緊湊的設計，節省實驗空間
? 可與現有的超高真空設備互聯
離子輻照磁性精細調控系統Helium-S?
測試數據：
調控界面各向異性性質和DMI
低電流誘發的SOT轉換獲取
控制斯格明子和磁疇壁的動態變化
用戶單位 已經購買該設備的國內外用戶單位：
Beihang University (China)
Fudan University (China)
University of California San Diego (USA)
University of California Davis (USA)
New York University (USA)
Georgetown University (USA)
Northwestern University (USA)
University of Lorraine (France)
SPINTEC Grenoble (France)
University of Cambridge (UK)
University of Manchester (UK)
Nanyang Technological University (Singapore)
A*STAR (Singapore)
University of Gothenburg (Sweden)
Western Digital (USA)
IBM (USA)
Singulus Technologies (Germany)
文章列表：
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[3]. Influence of ion irradiation on switching field and switching field distribution in arrays of Co/Pd-based bit pattern media, T Hauet & D Ravelosona, Applied Physics Letters 98, 172506 (2011)
[4]. Ferromagnetic resonance study of Co/Pd/Co/Ni multilayers with perpendicular anisotropy irradiated with helium ions, J-M.Beaujour & A.D. Kent & D.Ravelosona &E.Fullerton, Journal of Applied Physics 109, 033917 (2011)
[5]. Irradiation-induced tailoring of the magnetism of CoFeB/MgO ultrathin films, T Devolder & D Ravelosona, Journal of Applied Physics 113, 203912 (2013)
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[7]. Measuring the Magnetic Moment Density in Patterned Ultrathin Ferromagnets with Submicrometer Resolution, T.Hingant & D.Ravelosona & V.Jacques, Physical Review Applied 4, 014003 (2015)
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參考文獻：
[1]. Cristina Balan, Johannes W. van de Jagt, et al. Improving Néel Domain Walls Dynamics and Skyrmion Stability Using He Ion Irradiation. Small, 2023. https://doi.org/10.1002/smll.202302039
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1、離子輻照磁性精細調控系統Helium-S?：http://www.dongsenyule.com/product/20220428201.shtml
