采用原子层沉积制备具有优化自旋电子功能的 Ni$_{80}$Fe$_{20}$ 纳米管

坡莫合金 Ni$_{80}$Fe$_{20}$ 是磁子学领域的关键磁性材料之一。若能将其沉积于尺寸小至纳米的三维(3D)架构中,其潜力将得到进一步揭示。原子层沉积(ALD)是于任意形状上覆盖均匀薄膜的首选技术。铁磁材料方面的早期成功包括镍和钴。然而,铁磁合金沉积的难点在于以相同温度分解组元元素并实现均匀合成。我们报道了采用二茂镍和叔丁醇铁(III)为金属前驱体、水为氧化剂、并在循环内以氢进行等离子体增强还原步骤的等离子体增强 ALD 方法,制备坡莫合金 Ni$_{80}$Fe$_{20}$ 薄膜与纳米管。我们针对 Ni:Fe 原子比与功能特性优化了 ALD 循环。在平面薄膜几何中,我们获得了 0.013 的吉尔伯特阻尼、28 $\mu\Omega$cm 的电阻率以及 5.6 $\%$ 的各向异性磁电阻效应。我们证明该工艺亦适用于覆盖 GaAs 纳米线,从而得到高长径比、直径约 150 nm 的坡莫合金纳米管。通过微聚焦布里渊光散射,我们对单个纳米管的晶相、成分与自旋动力学响应进行了研究。我们的结果实现了基于 NiFe 的弯曲与复杂拓扑结构、工作于 GHz 频段的 3D 自旋电子与磁子器件。