:物理所納米标准非線性拓撲孑然一身時機磁性新

文章来源:admin 时间:2019-01-04

  物理所納米标准非線性拓撲孑然一身時機磁性新物態及外場調控琢磨獲進展

 

  納米标准非線性拓撲磁性物態如磁性斯格明子(Skyrmion)、反斯格明子(Antiskyrmion)、磁性渦旋(Vortex)、反渦旋(Antivortex)以及磁泡(Bubble)等,特別是斯格明子(Skyrmion)態,由於其拓撲保護穩定性、納米小尺寸、磁場、溫度和電場等众通道調控等特点而惹起學術界的廣泛關註,绝望作為下一代高密度磁存儲器件的新闻單元載體。這些拓撲磁性物態的產生和調控與許众物理現象精密關聯,比方:Aharonov-Bohm效應、Berry相效應、 拓撲霍爾效應、自旋轉移力矩效應、自旋-軌道耦合效應等。是以,從微觀角度深化研讨拓撲物態與磁性、電磁性能的關系,不只可以深化清晰磁性物態對原料物感职能的貢獻,還可以通過調控原料的物態促進其應用 。

  物理研讨所/北京凝集態物理國傢實驗室(籌)磁學國傢重點實驗室M07研讨組副研讨員張穎众年竭力於透射電子顯微鏡研讨微觀結構與簇新物性的關聯,並於近期运用洛倫茲透射電子顯微鏡研讨磁疇結構地面間分袂率的優勢,分別正在偶極彼此效力的塊體原料和界面DMI彼此效力的众層膜兩大體系中,系統研讨瞭磁性斯格明子(Skyrmion)的天生及調控,對非晶原料磁渦旋結構(Vortex) 進行瞭外場調控,获取系列结果。

  張穎與物理所M05組研讨員王文洪等人合作,初度正在具有核心對稱六角合金MnNiGa中,运用Lorentz透射電鏡直接觀察到寬溫區雙渦旋磁性斯格明子(biskyrmion),並對磁結構進行瞭解析。正在后期使命基礎上,針對該體系中雙斯格明子密度不高,且撤掉磁場雙斯格明子即會湮滅的不敷,張穎和博士研讨生彭麗聰等,正在上述六角MnNiGa合金平分別运用洛倫茲透射電鏡的樣品桿施加電流、改變溫度等原位調控,實現瞭寬溫區、零場穩定的高密度雙斯格明子,並與相關研讨者合作,對實驗現象給出瞭合理的解釋。該使命打败瞭斯格明子的強磁場、低溫窄溫區的保存條件以及低密度的不敷,使其绝望正在非易失性磁存儲器件失掉應用,相關研讨结果分別發外正在npjQuantumMaterialsNanoLetters上。

  正在界面對稱性破缺的众層膜體系中,磁性斯格明子可以正在室溫边际穩定存正在,並能實現低電流驅動,其參數易調、與器件的杰出兼容性以及電流調控行為的優勢使其更有利於實際應用。眼前次要鸠集正在具有笔直磁各向異性的众層膜原料體系中,但正在這種笔直磁各向異性众層膜中,外加磁場天生的磁性斯格明子密度普遍較低且需求外場維持。M07組运用磁控濺射生長瞭系列Pt/Co/Ta众層膜體系,張穎和博士生何敏等领会瞭斯格明子的天生規律,失掉瞭尺寸50納米以下的斯格明子,並通過洛倫茲透射電鏡施加原位電流調控實現瞭斯格明子密度可控,正在最佳條件下失掉瞭高密度的零場下穩定存正在的斯格明子。相關结果申請瞭中國發明專利,局限研讨结果發外正在AppliedPhysicsLetters上。

  張穎和博士研讨生左淑蘭等正在含有高豐度稀土Ce元素的CeFeB非晶合金中初度發現瞭Vortex磁疇結構,對非線性磁渦旋vortex-antivortex的磁疇結構的天生以及正在外加磁場,電場,溫度場的效力下的演變做瞭系統研讨。Vortex結構作為一種拓撲磁疇結構正在新闻存儲領域有潛正在的應用,之前正在非晶坡鏌合金中研讨較众。正在CeFeB合金中vo據道透社報道,繼本田之後,日本馬自達等車企也先後揭晓將來將不再運用高田氣囊,领会師以為高田氣囊能否渡過這一難關仍成題目rtex的天生以及調控研讨拓展瞭高豐度稀土元素的新應用,相關研讨结果發外正在Acta Materialia上 。

  該系列使命正在與諸众國內外研讨者的合作下实现,並失掉瞭國傢重點基礎研讨發展計劃、國傢重點研讨與發展項目、國傢自然科學基金委、中科院青年創新促進協會項目等的資助。

  論文鏈接:12 3 4

  

  圖1.正在六角合金MnNiGa中,通過所示熱調控举措,运用洛倫茲透射電子顯微鏡,實空間觀察到高密度、非易失、零場的、寬溫域雙斯格明子晶格,與相對應溫度條件下,純磁場產生的隨機分佈的雙斯格明子组成對比,且調控失掉的斯格明子去掉磁場後仍能穩定存正在

  

  

圖2.正在六角合金MnNiGa中,运用洛倫茲透射電子顯微鏡,不同磁場下的熱調控举措,對斯格明子的天生和密度分佈有很大影響。進一步领会磁場對調控的影響,電子自旋共振接收譜的結果标明正在居裡溫度TC以上存正在短程有序的鐵磁團簇,通過能量勢壘隨溫度變化定量計算,發現當溫度下降於居裡溫度時能量勢壘顯著下降,從而認為Tc以上時,可磁場調控鐵磁團簇使之有利於斯格明子形核,降溫過程中能量勢壘的下降以及拓撲保護使得天生的斯格明子能零場穩定

  

  

圖3.正在Pt/Co/Ta众層膜中,运用洛倫茲透射電鏡正在最佳的電磁調控條件下,失掉零場下穩定存正在的、高密度、 尺寸小於50nm的斯格明子

  

  

圖4.正在非晶CeFeB原料中,运用洛倫茲透射電鏡研讨磁渦旋和反渦旋正在外加電場、磁場、溫度場的演變