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)同時存在于由具有二維對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)可以在真實空間中觀察到斯格明子。近期，德國科學(xué)家Parkin等人使用低溫強(qiáng)磁場磁力顯微鏡(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，在矢量磁場存在下對35 nm厚的薄膜進(jìn)行了MFM測量（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和溫度（圖3）。此外，借助于由MFM產(chǎn)生的局部磁場梯度，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)。實驗結(jié)果表明，在這些薄膜中，可以利用磁性的局部磁場來刪除單個納米物體，也可以寫出納米粒子的集合。

低溫強(qiáng)磁場原子力/磁力顯微鏡attoAFM/MFM I主要技術(shù)特點：

溫度范圍：1.8K ..300 K

磁場范圍：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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