單根磁性納米管和低維螺旋磁體的磁性實驗研究

《單根磁性納米管和低維螺旋磁體的磁性實驗研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由薛飛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：單根磁性納米管和低維螺旋磁體的磁性實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：薛飛
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

由於在自旋器件和高密度磁存儲領域的潛在套用，鐵磁納米管和低維螺旋磁體最近特別受到關注。在實驗研究方面，目前對於納米線、納米顆粒等納米磁性材料的測量通常基於系綜測量，實驗測量得到的是很多個納米結構的平均磁化。從這樣的實驗數據很難得到單個納米結構的微觀磁結構和磁化過程。而另一種常用的磁阻測量方法，雖然可以觀測單根納米線、納米管磁結構的變化，但是只能間接見證有限的納米磁結構改變。本研究項目計畫利用微納加工方法把鐵磁納米管和螺旋磁體加工成特定幾何形狀和尺寸，利用靈敏懸臂樑開展力矩磁化分析，研究單根的納米管、納米線和單個納米盤的磁結構和磁化過程。具體地說，通過對鐵磁納米管、納米線單體的磁化曲線的測量，理解鐵磁納米管的直徑，管壁厚度和長度對其磁結構和穩定性的影響；通過對不同形狀和尺寸螺旋磁體的力矩磁化分析，直接實驗觀測，確定空間受限效應對Skyrmions相在低維螺旋磁體中形成和穩定機制的影響。

結題摘要

低維納米磁性材料在自旋器件和高密度磁存儲領域具有潛在套用。其中一類具有拓撲磁結構的斯格明子材料是低能耗賽道存儲器件理想的物理載體。要套用斯格明子作信息存儲，我們需要了解其磁結構拓撲穩定的物理機制和其磁結構的調控機制。 本研究項目開發了納米樣品的微納加工工藝和樣品製備技術，製備出了高質量的納米磁性材料試樣。通過微納懸臂樑力矩磁化分析技術，實驗測量了納米線、納米盤和納米薄膜斯格明子材料的磁化過程。主要結果有：（a）對一維錳矽納米線的研究表明來源於納米線形狀的單軸各向異性可以拓展納米線中形成穩定斯格明子的磁場和溫度區間。我們發現在垂直磁場下錳矽納米線中斯格明子相與塊材中的斯格明子相一樣只存在於居里溫度附近一個非常小的磁場-溫度區域內。在平行磁場中斯格明子相在錳矽納米線穩定存在其存在溫區從 T = 29 K 降到至少 T = 0.4 K。(b) 通過對鐵鈷氧納米金字塔樣品單體磁化過程的測量和研究，證實其在室溫下即具有單磁疇結構，有望作為比特材料套用在磁存儲方面。（c）微透鏡光纖干涉儀納米線振動模式光學測量的理論和實驗研究。實現了納米線在其垂直方向上矢量彎曲振動的光學測量。自下而上生長的納米線具有比自上而下加工的微納懸臂樑更好的力學性質，還可以實現垂直與納米線方向的矢量力矩磁化分析。這些研究可以幫助我們進一步提高納米磁性樣品的力學測量的靈敏度和能力。（d）在實驗研究開展過程中，我們發現力矩磁化分析技術的靈敏度（可測單個納米樣品）具有競爭力，其測量能力（對樣品形狀沒有任何要求）也很有特色。因此我們申請了三個相關專利：一種使用微透鏡的光纖干涉儀，一種使用保偏光纖和雙微透鏡測量納米線位移的裝置和一種雷射干涉法信號提取系統。這些專利將為我們未來精密磁性測量儀器的商業開發打下基礎。