天气预报: 合肥研究院主页English旧版主页联系我们
科学岛新闻网
磁性功能材料与器件研究团队在磁斯格明子研究中取得新进展
文章来源: 汤进 发布时间: 2020-10-26

  近期,中科院合肥研究院强磁场中心磁性功能材料与器件研究团队利用洛伦兹透射电子显微镜研究了Kagome晶体Fe3Sn2中的磁结构,澄清了该类材料中的复杂多拓扑态的起源,成果以“Two-dimensional characterization of three-dimensional nanostructures of magnetic bubbles in Fe3Sn2为题发表在《国家科学评论》(National Science Review)。以此为基础,团队进一步在Fe3Sn2纳米盘中观测到一类新型零磁场和室温下稳定的磁涡旋结构,被命名为靶态磁泡,该成果以“Target Bubbles in Fe3Sn2 Nanodisks at Zero Magnetic Field”为题发表在《美国化学学会纳米》(ACS Nano)。 

  磁泡是一类古老的柱状磁畴结构,但第一类磁泡具有与斯格明子相同的非平庸拓扑性,被命名为磁泡斯格明子,在未来自旋电子学器件领域具有潜在的应用价值,因而重新获得了科学家们的广泛研究兴趣。Fe3Sn2是中国科学家率先发现的一类Kagome晶体磁泡材料,在其中观察到了高温稳定的磁泡斯格明子(Hou et al., Adv. Mater. 2017, 071144),同时还发现了多种复杂磁结构,如多环磁涡旋弧形磁涡旋等,类似的“多拓扑性”复杂磁结构也在其他多个磁泡斯格明子材料中观察到。但这些复杂磁结构不能用传统磁泡理论来解释,成为了磁泡斯格明子研究领域的疑云,无疑限制了磁泡斯格明子的进一步研究。 

  为此,团队人员分析了传统磁结构解析技术的缺陷,利用洛仑兹透射电镜的差分相位分析技术获得了这些复杂磁结构真实的特征。考虑到Fe3Sn2相对弱的单轴磁晶各向异性,磁泡的三维结构会因为偶极-偶极相互作用导致厚度方向调制的自旋扭转,研究人员从而进一步模拟了该三维磁泡沿厚度方向的积分磁化分布,发现其与DPC-STEM获得的磁结构高度一致,进而解释了这些复杂磁结构起源于磁结构三维特性(图1)。 

  以此为基础,研究人员进一步制备了Fe3Sn2纳米盘,通过零磁场加热方式,成功实现了从传统软磁磁涡旋到一类新型环状磁涡旋结构的转变,该环状磁涡旋结构类似于箭靶,因此被研究人员命名为“靶态磁泡”。靶态磁泡的环数可以利用纳米盘的直径来有效调节(图2),且室温和零磁场下稳定存在,并且具有多重简并态,是器件的理想信息载体。靶态磁泡研究工作被ACS Nano编辑选为亮点(Highlighted工作,在同期In Nano栏目中作重点介绍(https://doi.org/10.1021/acsnano.0c07484)。 

  上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院仪器研制项目、中国科学院重点部署项目等项目的资助。 

  三维磁泡斯格明子文章见链接:https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa200 

  靶态磁泡文章见链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04036 

 磁泡斯格明子的三维结构 

 

 

2  不同直径纳米盘中的靶态磁泡结构 

 

 

 

  

 附件:

   
  • 科学岛报
  • 科学岛报
  • 科学岛报