近年來，磁性斯格明子受到了廣泛的關(guān)注。這些拓?fù)浔Ｗo(hù)的非共線磁性自旋結(jié)構(gòu)納米粒子穩(wěn)定在反轉(zhuǎn)對(duì)稱破壞的磁性化合物中，是手性卓洛辛斯基-莫里亞相互作用(DMI)以及鐵磁交換相互作用的結(jié)果。為廣泛研究的自旋結(jié)構(gòu)先是在單晶和外延薄膜中非中心對(duì)稱B20化合物中觀察到的類布洛赫斯格明子，其次是在超薄鐵磁層和重金屬層形成的薄膜異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的斯格明子。對(duì)非共線自旋結(jié)構(gòu)的觀察很多都是利用從晶體中提取的薄片進(jìn)行的。磁性納米粒子，即反斯格明子和布洛赫斯格明子，已被發(fā)現(xiàn)同時(shí)存在于由具有二維對(duì)稱的反四方赫斯勒化合物形成的單晶片層中。然而，制作四方赫斯勒化合物的薄膜以及在其中的自旋結(jié)構(gòu)測(cè)量仍然具有挑戰(zhàn)性。
圖1. 100K溫度MFM成像研究35 nm厚Mn2RhSn薄膜中納米磁性結(jié)構(gòu)的演化
通過各種直接成像技術(shù)可以在真實(shí)空間中觀察到斯格明子。近期，德國(guó)科學(xué)家Parkin等人使用低溫強(qiáng)磁場(chǎng)磁力顯微鏡(MFM)成像來研究[001]取向的Mn2RhSn薄膜中的磁性結(jié)構(gòu)。圖1展示了在100K下隨磁場(chǎng)增加而變化的典型MFM結(jié)果。為了進(jìn)一步研究Mn2RhSn薄膜中觀察到的納米物體的穩(wěn)定性，在矢量磁場(chǎng)存在下對(duì)35 nm厚的薄膜進(jìn)行了MFM測(cè)量（圖2）。
圖2 ：200K溫度下，35 nm厚Mn2RhSn薄膜中納米粒子在矢量磁場(chǎng)中的穩(wěn)定性
科學(xué)家在很大的溫度范圍內(nèi)(從2k到280K)和磁場(chǎng)的作用下觀察磁性納米物體，從研究結(jié)果可知，形成不同的橢圓和圓形的大小孤立粒子取決于場(chǎng)和溫度（圖3）。此外，借助于由MFM產(chǎn)生的局部磁場(chǎng)梯度，科學(xué)家還演示了這些納米粒子的產(chǎn)生和湮滅。
圖3. 35 nm厚Mn2RhSn薄膜中, MFM研究不同溫度下的納米粒子， 圖a-f分別是5K， 50K, 100K, 150K, 200K, 250K溫度下MFM成像數(shù)據(jù)
綜上所述，由磁控濺射形成的Mn2RhSn外延薄膜中存在磁性納米粒子。類似于單晶薄片，這些納米粒子在廣泛的尺寸范圍內(nèi)以及在磁場(chǎng)和溫度下都具有穩(wěn)定性。然而，納米粒子并沒有形成明確定向的陣列，也沒有任何證據(jù)發(fā)現(xiàn)螺旋自旋結(jié)構(gòu)，這可能是薄膜中化學(xué)順序均勻性較差導(dǎo)致的結(jié)果。然而，在外延薄膜中發(fā)現(xiàn)了沿垂直晶體方向的橢圓扭曲納米粒子，這與在單晶片中觀察到的橢圓布洛赫斯格明子一致。因此，這些測(cè)量結(jié)果為Mn2RhSn薄膜中非共線自旋結(jié)構(gòu)的形成提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在這些薄膜中，可以利用磁性的局部磁場(chǎng)來刪除單個(gè)納米物體，也可以寫出納米粒子的集合。
低溫強(qiáng)磁場(chǎng)原子力/磁力顯微鏡attoAFM/MFM I主要技術(shù)特點(diǎn)：
溫度范圍：1.8K ..300 K
磁場(chǎng)范圍：0...9T (取決于磁體, 可選12T，9T-3T矢量磁體等)
工作模式：AFM（接觸式與非接觸式）, MFM
樣品定位范圍：5×5×4.8 mm3
掃描范圍: 50×50 μm2@300 K, 30×30 μm2@4 K
商業(yè)化探針
可升PFM, ct-AFM, CFM，cryoRAMAN, atto3DR等功能
參考文獻(xiàn)：
[1]. Parkin et al, Nanoscale Noncollinear Spin Textures in Thin Films of a D2dHeusler Compound，Adv. Mater. 2021, 33, 2101323.
來源：教育裝備采購(gòu)網(wǎng) 作者：Quantum量子科學(xué)儀器貿(mào)易（北京）有限公司 責(zé)任編輯：逯紅棟
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