在傳統(tǒng)平鋪點陣結構中，簡單的磁序配置通常表現(xiàn)為共線自旋排列，這主要受海森堡交換相互作用驅動。但隨著微納加工技術的飛速發(fā)展，能夠打破空間反演對稱性的低維彎曲幾何結構引起了研究者的廣泛關注。這種曲率效應與磁性材料中自發(fā)的破壞時間反演對稱性相結合，可以誘導出如磁性渦旋、天線、斯格明子等非共線自旋紋理。這些復雜的磁結構在基礎物理研究以及下一代高密度非易失性存儲器和自旋電子器件開發(fā)中展現(xiàn)出巨大的應用潛力。目前研究人員已經(jīng)探索了多種彎曲表面的磁構型，致力于利用幾何設計來實現(xiàn)拓撲磁性和手性磁態(tài)，從而為新型電子材料的設計開辟了新的路徑。

盡管該領域已取得諸多進展，但當前的研究仍面臨嚴峻挑戰(zhàn)，尤其是在高質量晶體彎曲結構中的徑向磁性探索方面。在以往的大多數(shù)研究中，所使用的材料多為非晶態(tài)或多晶態(tài)，由于存在巨大的幾何退磁場，薄膜的磁易軸通常傾向于面內方向，難以實現(xiàn)理想的徑向分布。此外如何在彎曲過程中精確控制晶格應力并保持高度的結晶質量，也是構建高性能微結構器件的關鍵技術難題。

針對上述問題，由中國科學院物理研究所、中國科學院大學、清華大學以及松山湖材料實驗室等機構組成的研究團隊利用澤攸科技的DMD無掩膜光刻機進行了系統(tǒng)研究，團隊通過利用SrTiO3/SrRuO3雙層膜中各向異性的界面應力自組裝技術，在具有高結晶質量的SrRuO3微型管道中實現(xiàn)了徑向彎曲磁構型的精確制備與磁電輸運機制研究。

研究團隊利用脈沖激光沉積技術，在鈦酸鍶襯底上成功制備了具有高度結晶質量的鈦酸鍶與釕酸鍶外延雙層薄膜異質結構。該設計巧妙地引入了二十納米厚度的鈷酸鍶作為犧牲層，通過調控外延層之間的晶格失配率，在薄膜內部預存了特定的界面應變能。通過精確選擇襯底的晶體取向，研究人員實現(xiàn)了對應變分布的各向異性控制，從而為后續(xù)通過釋放應變能來驅動薄膜自卷曲形成微米級管狀結構奠定了物理基礎。

圖1 卷曲微結構的涉及與制備

在微納加工的關鍵流程中，研究人員首先利用澤攸科技的DMD無掩膜光刻機對異質結薄膜進行毫米級的圖形化定域，隨后通過離子束刻蝕工藝精確定義出矩形或盤狀的微觀結構單元。當使用酸性溶液選擇性地去除犧牲層后，預應變的外延雙層膜會沿著特定的晶體軸向發(fā)生自發(fā)的卷曲行為，最終形成直徑在亞微米至數(shù)十微米范圍內可調的微型管道。這種制造工藝不僅保證了彎曲結構依然維持高的晶體質量，還通過應變輔助自組裝手段克服了傳統(tǒng)加工方式難以形成復雜三維幾何形狀的局限性。

圖2 可控的卷曲微結構

實驗通過超導量子干涉儀對微管陣列進行了詳盡的磁學特性表征，結果證實釕酸鍶薄膜在卷曲后表現(xiàn)出獨特的徑向磁構型。由于釕酸鍶晶體本身具有強力的自旋軌道耦合及隨之產(chǎn)生的磁晶各向異性，其磁易軸始終保持垂直于薄膜表面，在微管幾何形狀中則表現(xiàn)為磁矩沿徑向連續(xù)轉動。這種徑向對稱的旋轉磁序在零場下展現(xiàn)出約百分之六十三點七的歸一化剩余磁化強度，這一數(shù)值與理論模型預測高度吻合，有力地證明了研究團隊成功構建了純粹的徑向曲面磁學系統(tǒng)。

圖3 磁性釕酸鍶（SRO）微型管道的宏觀磁化測量

為了深入理解曲率對電子散射機制的影響，研究團隊對單個微管進行了溫度及角度依賴的磁電阻輸運測量。通過將微管等效為無數(shù)條縱向排列的平鋪薄膜條帶，研究者建立了一個積分物理模型，成功模擬了微管整體電阻與局部磁矩分布之間的內在聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，微管的各向異性磁電阻效應不僅與外部磁場有關，更深層次地反映了彎曲空間中格點旋轉對稱性的保持及其對電荷輸運的調制作用。這一成果為設計基于三維曲面磁構型的新型自旋電子器件提供了關鍵的實驗依據(jù)和理論支撐。

圖4 薄膜與微型管道的電輸運測量

澤攸科技ZML系列是基于DMD的無掩膜光刻機，以DMD替代傳統(tǒng)掩模版，可快速靈活設計光刻圖案，支持二維及8位灰度光刻，能滿足任意微米量級光刻需求，廣泛應用于MEMS、微流控等多個領域。

澤攸科技ZML系列DMD無掩膜光刻機

澤攸科技專注于掃描電子顯微鏡、原位測量系統(tǒng)、臺階儀、納米位移臺、光柵尺、探針臺、電子束光刻機、二維材料轉移臺、超高真空組件及配件、壓電物鏡、等離子體化學氣相沉積系統(tǒng)等精密設備的研究，滿足國家在科學精密儀器領域的諸多空白。澤攸科技以自主知識產(chǎn)權的技術為核心，依托一支專業(yè)的研發(fā)與生產(chǎn)團隊，經(jīng)過二十多年的技術積累，在半導體加工設備和材料表征測量領域已屬于國內頭部。公司承擔和參與了國家重點研發(fā)計劃、國家重大科研裝備研制項目等多個重量級科研項目，多次實現(xiàn)國內材料表征測量設備的“國產(chǎn)替代"，相關產(chǎn)品具有較好的國際聲譽、產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)被國際盛名期刊采納。