近年來(lái)，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(xiàn)磁性自旋結(jié)構(gòu)納米粒子穩(wěn)定在反轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)破壞的磁性化合物中，是手性洛辛斯基-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)是在單晶和外延薄膜中非中心對(duì)稱(chēng)B20化合物中觀察到的類(lèi)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(xiàn)自旋結(jié)構(gòu)的觀察很多都是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(chēng)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(guò)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(lái)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)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尖·端產(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4）。

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)

圖4. 基于MFM顯微探針技術(shù)控制35 nm厚Mn₂RhSn薄膜中納米粒子的產(chǎn)生和湮滅

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(lèi)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(méi)有形成明確定向的陣列，也沒(méi)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致。因此，這些測(cè)量結(jié)果為Mn₂RhSn薄膜中非共線(xiàn)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，可以用磁性尖·端的局部磁場(chǎng)來(lái)刪除單個(gè)納米物體，也可以寫(xiě)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)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

圖5. 低溫強(qiáng)磁場(chǎng)原子力磁力顯微鏡以及attoDRY2100低溫恒溫器

參考文獻(xiàn)：

[1]. Parkin et al, Nanoscale Noncollinear Spin Textures in Thin Films of a D_2d Heusler Compound，Adv. Mater. 2021, 33, 2101323.

相關(guān)產(chǎn)品：

1、低溫強(qiáng)磁場(chǎng)原子力/磁力/掃描霍爾顯微鏡-attoAFM/attoMFM/attoSHPM

https://www.chem17.com/product/detail/33591061.html